基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法综述

Capon波束形成器作为理论上最优的波束形成器具有良好的干扰抑制能力。然而Capon波束形成器对于模型失配误差非常敏感,尤其是针对协方差矩阵和期望信号导向矢量误差,波束形成器的性能会严重下降,这大大降低了波束形成器的稳健性。目前,一系列基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法被提出,这些算法核心思想都是利用Capon功率谱一定的角度范围内积分来重构出协方差矩阵。本文首先介绍了波束形成的信号模型,然后在Capon波束形成器的基础上,介绍了4种基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成技术,最后对未来波束形成技术的研究热点进行了展望。     

一种稳健的波束域自适应波束形成算法

在波束域算法中,针对波束域期望信号的指向误差落在波束主瓣边缘时波束性能严重恶化,采用波束域旋转矢量法的线性约束来改善波束域自适应算法的性能,同时为提高工程的实施性,减少算法的计算量,利用信号的特征值大于噪声的特征值这一理论,采用空间协方差矩阵逆的高阶次幂来逼近信号子空间,将求得的权矢量投影于改进的波束域的特征信号子空间,该算法在波束域中不但减少了计算量,而且使波束具有更好的信号比和稳健性。实验仿真验证了提出的改进波束域特征空间的稳健自适应算法的正确性和有效性,具有一定的工程实用价值。     

一种用于GPS抗干扰的稳健盲波束形成算法

导航系统中接收信号微弱,到达GPS接收机天线的有用信号十分微弱,很容易受到各种人为和非人为干扰的影响.循环自适应波束形成(CAB)算法作为一种盲波束形成算法,具有较低的计算复杂度和较快的收敛速度,因此,是一种有效的盲波束形成算法,算法非常适用于GPS抗干扰.但是,CAB算法的稳健性不足,为了提高原算法的稳健性,在约束的循环自适应波束形成(C-CAB)算法的基础上,结合正交投影和协方差矩阵加权提出一种新的稳健算法,仿真结果证明了算法的有效性.     

测量误差协方差矩阵的鲁棒估计

由于经典的误差协方差阵间接估计方法对于过失误差存在非常敏感,本文提出了一种基于Hampel三截尾估计的间接估计方法,在无过失误差和存在过失误差的情况下都能给出测量误差协方差矩阵可靠的估计,两个仿真实例表明了算法的鲁棒性。     

鲁棒自适应控制器的一种实现方法

针对线性离散系统,建立了一种鲁棒直接自适应控制器,并通过对乘积摄动项△(q^-1)的实时辨识,实现了在线修改模型结构的算法。从而实现了一种自适应与鲁棒控制器真正结合的控制器设计方法。给出了在无需持续激励(PE)的条件下控制器的鲁棒稳定△(q^-1)辨识算法的稳定性的定理;讨论了摄动项△(q^-1)的取法和对模型修正方法。仿真结果表明了该方法的可行性。     

一种基于协方差矩阵重构和EMP的宽带波束形成算法

在宽带波束形成中,若干扰信号从主瓣方向进入,会引起主瓣畸变、旁瓣电平抬高,从而使波束性能严重恶化。为了解决波束形成中的这些问题,研究了一种基于协方差矩阵重构和特征投影预处理（EMP）的宽带波束形成算法。该算法首先通过EMP算法求取阻塞矩阵,对接收信号进行干扰相消预处理阻塞掉主瓣干扰;然后通过相干信号子空间（CSM）方法、协方差矩阵重构求取合理的协方差矩阵;最后进行波束形成。在主瓣干扰、旁瓣干扰同时存在的情况下,该算法能够自适应地阻塞主瓣干扰、抑制旁瓣干扰,解决了存在主瓣干扰情况下宽带波束形成的波形畸变问题。计算机仿真验证了该算法有效性。     

一种基于滤波参数在线辨识的鲁棒自适应滤波器

针对一类未建模动态和扰动下的非线性随机系统的状态估计问题,提出了一种基于滤波参数在线辨识的鲁棒自适应滤波器.该算法通过极小化状态估计误差的方差同时正交化相邻时刻的滤波残差,在线辨识状态预报误差和滤波残差的协方差,实现了对未建模动态和扰动的自适应动态补偿,因此对未建模扰动具有很强的鲁棒性.仿真中研究了一个非线性随机时滞系统,其参数存在缓变和突变,时滞会多次跳变,量测噪声发生了均值漂移和方差突变.算法对时滞和参数的联合估计效果令人满意.     

一种鲁棒自适应极点配置预估控制器

本文提出一种鲁棒自适应极点配置预估控制新方法。它有效地克服了因对象模型与史密斯预估模型不同而引起的系统不稳定现象。     

一种基于鲁棒自适应观测器的故障区分方法

设计了一种鲁棒自适应观测器,通过其输出残差对传感器故障信息敏感性很高,而对系统故障信息敏感性很低的特点,实现了故障区分.设计了一套故障区分控制系统和检测策略,用以区分两类故障,以免发生误判现象.举例说明了该策略的可行性和有效性.     

一种分层渐进匹配的鲁棒估计算法

针对基于图像特征点匹配的图像拼接存在的缺点,文中提出了一种自动图像拼接新算法.该算法使用了改进的RANsAC算法来消除局外点对全局变换参数估计的影响,而在初始参数估计问题上,则采用分层渐进匹配的机制及梅林变换,从而有效地解决了方位变动较大的图像带来大的初始参数估计的困难,同时有效地提高了计算效率.实验表明,使用该技术后图像拼接效果较理想,鲁棒性好,真实感强,实际应用价值较高.     

Robust adaptive beamforming using a novel signal power estimation algorithm

Recently, many robust adaptive beamforming (RAB) methods based on covariance matrix reconstruction have been proposed. Motivated by the idea, in this paper, a novel and efficient signal power estimator is devised to reconstruct the interference-plus-noise covariance (INC) matrix, with the corresponding RAB algorithm proposed. Firstly, the steering vectors of the incoming sources are derived using the Capon spatial spectrum and known array geometry. Secondly, a set of linear equations is established based on the signal subspace projection, from which the powers of the incoming sources are estimated. Based on the presumed angular sector of the signal-of-interest (SOI), the steering vectors and powers of the SOI and interferences are distinguished, and the INC matrix is then reconstructed. Finally, the beamformer is determined by the estimated INC matrix and SOI steering vector. The proposed algorithm is computationally more efficient than other reconstruction-based methods because there are closed-form solutions for the signal powers. Simulation results indicate that our proposed algorithm performs better than the existing methods at high signal-to-noise ratios (SNRs), and achieves nearly optimal performance across a wide range of SNR.     

基于子空间跟踪的递推稳健自适应波束形成*

为了解决实时系统应用中,通用秩信号模型的稳健自适应波束形成算法受计算复杂度高的限制这一问题,基于子空间跟踪理论,运用梯度下降法提出了一种递推稳健自适应波束形成算法,有效降低了计算量,提高了系统性能,改善了阵列输出的信干噪比。仿真结果表明,该算法具有快速收敛性与优越的稳健性。     

一种简化特征空间稳健自适应波束形成算法*

在基于特征空间(ESB)的自适应波束形成算法中,针对当指向误差落在波束主瓣的边缘特定角度时,输出信干噪比下降,且信号子空间需要进行费时的特征值分解的问题,提出了改进线性约束最小方差(LCMV)算法。在假定的期望信号方向附近减少一个方向性约束条件,并基于信号特征值大于噪声特征值的这一特性, 利用空间协方差矩阵逆的高阶次幂来逼近信号子空间,无须特征分解,将求得的权矢量向改进的信号子空间投影。该方法能够大大减少计算量,同时还显著提高了自适应波束形成稳健性。通过仿真分析及结果比较验证了算法的正确性和有效性,因此从     

Combined adaptive beamforming with space-time block coding for multi-antenna communications

Aiming at the multi-antenna communication systems, a downlink transmit scheme combining adaptive beamforming （ABF） with space-time block coding （STBC） is first presented, which utilizes the maximization of the output mean signal-to-noise ratio （SNR） and the minimization of the symbol error rate （SER） upper bound of the three widely used modulations as the design criteria. Then, based on the moment generating function （MGF） and the Gauss-Chebyshev integration, a simple and accurate numerical method is presented to analyze the SER performance of the system with the new transmit scheme under the three commonly used modulations. Finally, computer simulation results demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed strategy.     

具有降阶模型的多模型鲁棒自适应控制

传统鲁棒自适应控制由于考虑了实际系统存在的不确定性,在一定程度上扩大了常规自适应控制的应用范围,但是传统鲁棒自适应控制大多只是从系统全局稳定性的角度出发来设计控制器而忽略系统动态和稳态性能,导致其无法在工况多变的实际被控系统中取得令人满意的效果。针对传统鲁棒自适应控制的不足,本文对由ARMA模型描述并包含未建模动态的系统设计了多模型鲁棒自适应控制器。首先采用正则化技术将系统未建模动态转化为系统有界扰动,并在系统降阶模型的基础上根据系统工况的变化设计了多个固定控制器和2个鲁棒自适应控制器,并根据性能指标函数选择最佳控制器作为当前系统控制器以提高系统性能。仿真实验说明当系统存在未建模动态以及系统工况发生变化时,本文设计的控制器能获得较好的控制效果。     

基于复合自适应律的直线电机自适应鲁棒控制

自适应鲁棒控制(ARC)能克服参数不确定性与扰动对系统的影响, 具有良好的输出跟踪性能. 然而常规ARC的参数估计值难以逼近真值. 为实现高性能的控制与准确的参数估计, 本文提出了基于复合自适应律的自适应鲁棒控制(CAARC). 该方法同时采用了输出误差与参数估计误差的相关信息构造自适应律, 具有比常规ARC更好的参数估计效果. 本文在理论上证明了CAARC的闭环稳定性与参数估计误差的收敛性, 并通过分析表明CAARC具有比常规ARC更好的输出跟踪性能, 最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

Design of adaptive robust guaranteed cost controller for wind power generator

According to the increasing requirement of the wind energy utilization and the dynamic stability in the variable speed variable pitch wind power generation system, a linear parameter varying (LPV) system model is established and a new adaptive robust guaranteed cost controller (AGCC) is proposed in this paper. First, the uncertain parameters of the system are estimated by using the adaptive method, then the estimated uncertain parameters and robust guaranteed cost control method are used to design a state feedback controller. The controller’s feedback gain is obtained by solving a set of linear matrix inequality (LMI) constraints, such that the controller can meet a quadratic performance evaluation criterion. The simulation results show that we can realize the goal of maximum wind energy capture in low wind speed by the optimal torque control and constant power control in high wind speed by variable pitch control with good dynamic characteristics, robustness and the ability of suppressing disturbance.