自适应阵列智能天线抗干扰性能研究

分析了自适应阵列智能天线的基本原理,给出了基于复数LMS算法的自适应阵列智能天线波束形成方法,同时对该智能天线抗干扰性能进行了Matlab仿真,理论分析和仿真结果表明:自适应阵列智能天线阵能够实时地调整天线方向,使天线的主波束对准期望信号方向,零陷对准干扰方向从而抑制干扰信号,在干扰和低信噪比环境下,接收端使用智能天线可以大大降低误码率,该智能天线具有较强的抗干扰性能。     

基于功率倒置测向的自适应抗干扰方法

针对功率倒置算法形成零陷不深的问题,提出了利用功率倒置算法搜索成型后方向图中最深零陷点来向,估计干扰信号来向,继而主动改变阵列单元的权值使得天线方向图零点对准干扰来向,实现干扰抑制。仿真结果表明:该算法是可行的,并且能够达到更深的干扰抑制性能。     

空域自适应抗干扰在数据链通信中的应用

针对战场复杂电磁环境下数据链系统容易受到干扰导致通信互联互通能力下降的问题,提出了一种将智能天线阵空域陷波技术和数据链相对定位技术综合应用的抗干扰方法,来辅助提升系统的通信抗干扰能力。该方法通过数据链相对定位获取期望信号的来波方向,并对多天线阵列进行辐射方向图自主重构,实现在通信信号方向保持增益恒定且在干扰信号方向形成零陷的目标,达到干扰信号抑制的目的。在实验室环境下基于软件无线电平台对所提方法进行了仿真验证,实验结果表明,该方法可以提升40 dB以上的系统干扰抑制能力。该方法将数据链抗干扰手段从传统的时/频域拓展到空域,可以应用于相关系统抗干扰。     

GPS定位系统自适应抗干扰算法研究

研究定位系统GPS抗干扰问题,针对定位信号传输过程受到干扰影响,无法完成导航功能.传统的CAB(ConstrainedAdaptive-Beamforming)算法在弱信号强干扰的条件下抑制干扰能力差,且对运动干扰的稳健性较差.为解决上述问题,提出利用正交加权约束对C-CAB算法进行修正,使在强干扰的情况下形成深零陷,提高输出信号的信干比,并引入干扰位置变化统计模型对算法进行改进,在GPS系统干扰快速移动的情况下依然有效,提高了算法的稳健性.仿真验证表明改进的算法能够在期望信号方向产生较岛增益,在干扰方向形成了较深且宽的零陷,使寻航在移动环境下抗干扰能力明显,为定位系统优化提供了参考.     

频域加权陷波多声发射源定位与伪源辨识方法

针对信号处理中的稀疏阵列有时会出现栅瓣和伪峰的现象,进而影响波束形成法在结构损伤定位中应用的问题,提出了基于频域加权波束零陷的未知真实声发射源数量的声发射定位与伪源辨识方法。首先,推导研究了波束零陷思想在二维频域加权波束形成方法中的作用机理;然后,基于频域加权陷波的波束形成方法,提出了在未知真实声发射源数量情况下的伪声发射源的辨识和真实声发射源的定位流程;最后,在存在较多伪声发射源干扰情况下进行了单声发射源和同时多声发射源的定位试验,验证了所提出方法的准确性。研究结果表明,所提出的方法对于推广波束形成法在结构健康监测领域的应用具有价值。     

基于盲波束形成的CDMA信号伪码估计

为解决低信噪比(SNR)条件下CDMA信号伪码盲估计问题,提出结合盲波束形成和奇异值分解的盲估计方法。在信号波达方向和信道同步信息未知的情况下,估计各用户的扩频序列,完成多用户检测,并给出高斯噪声下盲多用户检测的完整数学表达式。理论分析和仿真结果表明,该方法通过天线阵列的分集和扩频增益能在低SNR下完成伪码估计,且其多用户检测性能相对传统单天线检测算法有较大提高。     

采用二阶锥规划和压缩感知的方向图综合算法

针对常规自适应方向图综合在求解最优权值向量时需经过复杂的广义矩阵求逆运算,计算过程繁琐,占用存储空间大的缺陷,提出一种采用二阶锥规划与压缩感知理论的改进自适应方向图综合算法。改进的算法将传统算法中的误差性能函数通过数学变换转换成标准二阶锥规划形式快速求解。同时应用压缩感知理论将大规模阵列权值稀疏化处理,从而得到最优天线阵列权值向量并减少训练时间。仿真结果表明,采用二阶锥规划与压缩感知的改进算法在大规模阵列天线方向图综合时求解速度快,运算精度高,且在应用压缩感知后形成的方向图有较低旁瓣,干扰方向零陷深,接近满阵时的波束性能。     

增加主瓣增益控制的阵列天线方向图综合遗传算法

阵列天线方向图综合是针对阵列天线方向图进行的相关研究中的一项基础性的研究内容。不同的应用场景中不仅需要设计形式不同的天线阵列,更需要阵列天线方向图并根据不同的性能参数指标要求进行分析优化,从而获得符合使用要求的阵列方向图。针对传统阵列天线方向图综合算法在方向图综合过程中未考虑主瓣增益约束的问题,提出了一种用于阵列天线方向图综合的改进遗传算法。在经典遗传算法的基础上设计了新的适应度函数以满足特殊情况下对主瓣增益进行约束的需求;并在算法计算过程中增加了精英保留策略,设计了随进化代数改变的交叉、变异概率。经仿真实验,结果表明所提算法能够在阵列天线方向图综合时在保证主瓣方向上的增益满足要求的同时可以获得相对低的副瓣电平水平。     

基于双极偏好占优的阵列天线优化方法

传统进化算法在解决4个或4个以上目标的阵列天线综合问题时,出现了选择压力不足的难题.给出了一种基于双极偏好占优的阵列天线优化设计方法,该方法借助决策者根据解决实际问题的经验给出的目标值偏好,采用TOPSIS方法,比较Pareto解之间的相对贴近度值,建立了严格的非支配关系,引导种群向高的定向辐射方向图及低的零陷值靠近.为了可视化高维空间中的解集,用高维空间对角技术法对高维空间上的解进行可视化,并将该方法与现有的3种多目标优化方法进行解集质量优劣的比较与分析.仿真结果显示,该方法在解决4个以上目标的阵列天线综合问题时具有更好的收敛性以及更多的优秀解个数.     

基于改进最速下降LCMV算法的稳健波束形成

基于线性约束最小方差准则(LCMV)的自适应波束形成技术,在理想条件下能够在期望信号方向保证增益最大,同时在干扰方向形成零陷.但在实际阵列系统中,指向误差、阵元位置误差以及阵元相位误差均使得传统的LCMV准则算法出现性能下降.针对最优权矢量解算问题,提出了基于牛顿法及可变加载约束的改进SD-LCMV算法,并将两者与线性约束LMS算法及递归稳健LCMV算法进行仿真对比,结果验证了改进算法对误差的稳健性.     

基于DBF技术的星载SAR宽测绘带实现方法

在研究距离向使用数字波束形成(Digital Beanforming,DBF)实现星载SAR宽测绘带原理的基础上,分析了星载DBF-SAR距离模糊与传统星载SAR距离模糊的不同,并利用阵列天线零点指向技术实现宽零陷的原理,展宽模糊点所对应位置零陷宽度,从而在提高星载SAR宽测绘带基础上有效地减小距离模糊,提高成像质量.通过仿真和比较分析,表明使用具有宽零陷指向特性的DBF技术实现星载SAR宽测绘带模式的可行性.     

自适应波束形成算法的现状与发展动态

近十年自适应波束形成算法在通信、雷达、声纳、生物医学工程等科技领域中得到了极为广泛的应用。在实际应用中,如果信号源、天线阵列出现误差,传统的自适应波束形成算法性能将会下降。但是对于稳健的自适应波束形成算法,环境及天线阵列的误差和不确定性是必须要考虑的关键问题。这里对稳健的自适应波束形成算法的研究现状与发展动态进行了较为详细的评述。     

Adaptive minimum bit error rate beamforming assisted receiver for QPSK wireless communication

This paper considers interference limited communication systems where the desired user and interfering users are symbol-synchronized. A novel adaptive beamforming technique is proposed for quadrature phase shift keying (QPSK) receiver based directly on minimizing the bit error rate. It is demonstrated that the proposed minimum bit error rate (MBER) approach utilizes the system resource (antenna array elements) more intelligently, than the standard minimum mean square error (MMSE) approach. Consequently, an MBER beamforming assisted receiver is capable of providing significant performance gains in terms of a reduced bit error rate over an MMSE beamforming one. A block-data based adaptive implementation of the theoretical MBER beamforming solution is developed based on the classical Parzen window estimate of probability density function. Furthermore, a sample-by-sample adaptive implementation is also considered, and a stochastic gradient algorithm, called the least bit error rate, is derived for the beamforming assisted QPSK receiver.     

射频仿真实验室阵列天线物理校准方法

结合射频仿真实验室建设的需要,针对射频仿真实验室阵列天线位置和姿态的物理校准进行了研究,提出了一种全新的物理校准方法.首先,建立了射频仿真实验室阵面坐标系,对球形阵面三元组阵列天线坐标进行了计算,并给出了阵列天线球面坐标的严密算法;其次,围绕物理校准流程,对全站仪的安装方式、观测方法、测试数据归算方法及阵列天线六自由度的调整方法进行了详细介绍;最后,以球形阵面半径为18m和30 m两个大型射频仿真实验室的物理校准结果为例,验证了该方法在精确位置计算方面的效果.本方法具有一定的创新性和工程应用价值,已在多个此类项目中得到成功应用.     

Real-valued MVDR beamforming using spherical arrays with frequency invariant characteristic

Complex-valued minimum variance distortionless response (MVDR) beamforming for wideband signals has very high computational amount. In this paper, we design a novel real-valued MVDR beamformer for spherical arrays. The dependence of the array steering matrix on source signal directions and frequencies is decoupled using spherical harmonic decomposition. Then a compensation network is designed to solve the frequency dependence of the array response and to get a new array response only determined by the spherical harmonics of the source directions. All frequency bins of wideband signals can be used together instead of being processed independently. By exploiting the property of the conjugate spherical harmonics, a unitary transform can be found to acquire a real-valued frequency invariant steering matrix (FISM). Based on the FISM, real-valued MVDR (RV-MVDR) is developed to obtain good performance with low computational amount. Simulation results demonstrate the performance of our proposed method for beamforming and direction-of-arrival (DOA) estimation by comparing with the complex-valued and real-weighted MVDR methods.     

一种改进的智能天线盲波束形成算法

将空分多址技术引入无线通信系统中,针对无线电信号普遍具有的循环平稳特性,提出了非线性条件下的改进盲波束形成算法。通过对算法的权向量进行再次优化,改善了方向图零陷的位置和深度,提高了输出SINR。优化算法的输出SINR对导引向量随机误差具有稳健性,对期望信号的功率变化表现出不敏感的特性,算法具有很好的理论价值以及应用前景。理论分析与计算机仿真实验都证明了算法的有效性。     

宽线性波束形成技术综述

在圆信号的假设条件下,传统的线性波束形成技术仅仅利用了天线阵列观测矢量的协方差矩阵。然而,现代通信领域中的很多人工调制信号具有非圆特性,观测矢量不仅存在协方差矩阵,还存在伪协方差矩阵。宽线性波束形成技术是针对非圆信号环境提出的一类新技术,该类技术通过构造一个包含天线阵列观测矢量及其共轭的扩展观测矢量,建立有利于特定方向信号接收的目标函数及约束,推导出相应的扩展权重矢量。同传统线性波束形成技术相比,宽线性波束形成技术对非圆信号的接收性能有了明显提升,近年来,该类技术成为国内外研究热点之一。本文介绍了圆信号和非圆信号定义,给出了阵列模型并介绍了最小方差无畸变响应波束形成,对各种宽线性波束形成算法进行了综述,并对宽线性波束形成技术的下一步研究方向进行了展望。     

Plane-Wave Decomposition of Acoustical Scenes Via Spherical and Cylindrical Microphone Arrays

Spherical and cylindrical microphone arrays offer a number of attractive properties such as direction-independent acoustic behavior and ability to reconstruct the sound field in the vicinity of the array. Beamforming and scene analysis for such arrays is typically done using sound field representation in terms of orthogonal basis functions (spherical/cylindrical harmonics). In this paper, an alternative sound field representation in terms of plane waves is described, and a method for estimating it directly from measurements at microphones is proposed. It is shown that representing a field as a collection of plane waves arriving from various directions simplifies source localization, beamforming, and spatial audio playback. A comparison of the new method with the well-known spherical harmonics based beamforming algorithm is done, and it is shown that both algorithms can be expressed in the same framework but with weights computed differently. It is also shown that the proposed method can be extended to cylindrical arrays. A number of features important for the design and operation of spherical microphone arrays in real applications are revealed. Results indicate that it is possible to reconstruct the sound scene up to order p with p2 microphones spherical array.     

相位激励赋形多波束形成算法分析及仿真实现

数字波束形成是天线技术与数字信号处理技术结合的产物,是智能天线实现空分多址的关键技术.采用相位激励赋形多波束形成技术,给出了智能天线数字多波束形成的优化算法,利用该算法对均匀圆环阵天线各单元权值进行计算,仿真实现了均匀圆环阵天线多波束方向图,在不同方向上同时得到了多个波束.该算法计算复杂度低,空间隔离度好.阵元呈圆环状分布,具有全向搜索特性,克服了直线阵搜索的缺点.该方法还可用于任意单元构成的不均匀阵列天线,以及波束展宽和扇形波束的形成.     

射频平面阵列目标位置控制系统的研究

阵列式射频仿真技术开始用于论证大型设备在复杂电磁环境下的效能评估试验,常规单一试验中心的球面阵列已难以适应此类试验,迫切需要构造一种新型阵列系统来完成新的试验,为此提出采用射频平面阵列式目标位置控制方案.设计并制作了平面阵列结构,论述了目标位置控制系统的阵列馈电方案以及软件模块,重点阐述了精位控制算法和粗位控制原理.提出四元组合成方案实现精位控制,并推导了四元组合成位置的角闪烁方程.最后在微波暗室内测试了典型频段下该系统的辐射信号合成角位置精度,结果表明该阵列系统在X波段的角位置模拟精度可达1 mrad,能够用于大型设备的效能评估试验.