柔性稀疏阵的稳健波束形成

本文将导向矢量失配时的稳健波束形成问题归结为二次锥规划问题,利用高效的内点法求解。该波束形成器成功地应用于存在阵元位置误差的柔性稀疏阵,相对于经典的对角线加载法、特征空间法,在不同的输入信噪比下获得了更好的输出信号干扰加噪声比。仿真结果表明对超稀疏分布的柔性阵,阵元位置误差对输出SINR起决定性影响,而阵列稀疏程度对其影响不大。     

基于稀疏重构的共形阵列稳健自适应波束形成算法

针对共形阵列天线自适应波束形成中存在的通用性差、主瓣保形困难、计算复杂度高等问题,该文提出一种基于稀疏重构的稳健自适应波束形成算法。该算法通过引入渐进最小方差准则,实现了干扰加噪声协方差矩阵的稀疏重构,并得到期望方向上的导向矢量估计,进而求得波束形成器的最优权矢量。该算法无需复杂的子阵分解或虚拟映射变换,适用于任意阵列形状。仿真实验验证了该算法不仅保证了期望的主瓣响应,同时对指向误差有较好的稳健性。与现有算法相比,该算法所需采样快拍数少,计算复杂度低,收敛速度快,在较大的输入信噪比范围内达到了较好的阵列输出性能。     

稀疏阵列的FIM波束形成

运用插值技术对等距稀疏阵列进行FIM（傅里叶积分法）波束形成处理,不仅有效地增加了阵元数目,而且解决了等距稀疏阵列因阵元间距大于半波长而引起的信号角度模糊问题,同时采用FIM波束形成技术提高了指向性性能和抑制相关干扰噪声性能。通过对插值技术和FIM波束形成技术的研究,给出了设计虚拟阵列的计算步骤。通过对仿真数据和实测声呐海试数据进行处理证实了该方法的有效性。     

一种稳健的稀疏Capon波束形成算法

常规Capon波束形成算法具有相对较高的旁瓣增益,且在期望信号导向矢量存在失配时,阵列输出性能下降甚至失效。为解决这一问题,引入了稀疏约束Capon波束形成算法,该算法降低了旁瓣,对期望信号来向不确定具有一定稳健性,但在幅相误差、期望信号指向偏差等多种误差同时存在的情况下其性能下降。本文在稀疏约束Capon波束形成算法基础上,给出了一种稳健的稀疏Capon波束形成算法。该算法主要是在最差性能最优化的情况下,在稀疏Capon上增加了一个导向矢量存在偏差的约束条件。通过计算机仿真,验证了新算法在多种误差环境下的有效性与优越性。     

结合压缩感知模型的稀疏阵列波束形成方法

本文从稀疏阵列入手,将稀疏阵列接收数据模型转化为更高自由度下的单快拍接收数据模型,并将压缩感知模型引入稀疏阵列信号处理问题中,从理论上证明了其可行性。在等效单快拍数据下,利用稀疏重构算法准确估计信源方位和功率,进而对传统MVDR波束形成器进行优化。仿真结果表明,采用压缩感知模型实现稀疏阵列的波束形成,能够将稀疏阵列和压缩感知算法两者的优势结合,在阵列阵元数较少的条件下达到更高的自由度,同时具备良好的波束形成器性能。     

基于响应矢量优化的共形阵列稳健波束形成方法

针对共形阵列天线自适应波束形成中存在的主瓣保形困难、旁瓣电平高等问题,该文提出基于波束响应矢量优化的自适应波束形成方法。在主瓣波束保形约束条件下,通过自适应地调整波束响应矢量,求得最优的响应矢量,进而求得准最优自适应权。该方法将非凸的二次约束二阶优化问题转化到高维空间进行求解,并通过半正定松弛(SDR)转化为凸优化问题,高效求得准最优解。该方法不仅保持了期望的主瓣响应,同时克服了传统线性约束最小方差(LCMV)自适应波束形成方法旁瓣高的缺点,并且对阵列构型具有稳健性。仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种基于稀疏约束的稳健波束形成方法

通过分析最优自适应波束形成权矢量的子空间组成,发现最优权仅位于低维的干扰加信号子空间中.一般系统所要抑制的干扰数目远小于系统自由度,因此一旦估计出干扰空间和信号导向矢量,只需求解一个低维的组合矢量即可求得自适应权矢量,同时也极大地降低了计算复杂度.本文首先构造一个完备的干扰加信号子空间（IPSS）,然后对组合矢量进行稀疏约束,找到一组列数最小的信号加干扰子空间来构造自适应权.仿真实验验证了所提算法的有效性和稳健性.     

脉冲噪声下加权稀疏约束稳健波束形成方法

针对脉冲噪声下现有稀疏约束波束形成方法,对不同角度信号施加相同稀疏约束而带来干扰抑制能力有限的问题,本文提出了一种干扰抑制能力更优的加权稀疏约束稳健波束形成方法。该方法首先利用波束方向图的稀疏特性,在最小散度无畸变响应波束形成的目标函数中加入波束方向图l1范数约束;然后采用基于无穷范数归一化方法对阵列接收到的所有快拍信号做自适应预处理,以使预处理后的阵列接收信号协方差矩阵有限;最后运用传统的基于协方差矩阵特征分解的子空间法构造加权矩阵并应用到稀疏约束项中,使得波束方向图中不同角度的信号得到不同程度的约束。实验仿真表明,所提出方法不仅保持相对较低的旁瓣增益,而且显著加深了干扰方向的零陷,提高了输出信干噪比。      

基于无人机集群的近场线性稀疏阵列波束形成研究

无人机集群构成的天线阵列常呈现近场、稀疏特性,经典波束形成理论无法适配。为此,该文首先构建了近场均匀线阵信号模型,通过对信号相位差函数进行泰勒展开近似提出基于线性调频脉冲压缩处理的近场波束形成简化实现方法,并以此为基础在空间-频率2维域内对近场波束形成特性进行了分析：从空间频率偏移和带宽失配的角度,分析得到了近场波束的方位向增益变化特性和距离向增益变化特性;从空间欠采样的角度,研究提出了阵元稀疏分布条件下近场波束栅瓣分布的解析表达式。仿真证明了该文结论的有效性,为利用波束形成技术提高无人机集群的通信、电子侦察、干扰能力提供了理论支撑。     

嵌套阵恒定束宽宽带波束形成技术研究

针对宽频带水声传感器阵列的指向性接收问题,分析了目前常见的几种实现方法的优缺点,在此基础之上,针对运算量和带宽指标等方面进行重点优化设计,提出了一种嵌套阵时域恒定束宽宽带波束形成方法,实现了3个倍频程带宽内的 水声通信信号接收, 经过9元嵌套线阵的仿真验证,其处理速度、接收信号畸变都满足设计和使用需求。     

基于Zadoff-Chu序列的频控阵稳健波束成形方法

不同于传统相控阵,频控阵（Frequency Diverse Array,FDA）在所有阵元间引入频率偏差,可以生成具有精准指向特性的点状辐射方向图,有效克服传统相控阵方位角相关性导致的接收方向射频信号安全性下降的问题。作为与传统相控阵的本质区别,FDA阵元频偏设置直接影响FDA辐射方向图的形状。为了生成理想的点状方向图,提出了一种Zadoff-Chu FDA（ZC-FDA）稳健波束成形方案,利用Zadoff-Chu序列调整阵元频偏,消除FDA辐射方向图周期性,抑制距离-方位角耦合性。与现有FDA系统相比,ZC-FDA方案在理想点状辐射方向图生成和波束旁瓣水平抑制方面具有明显优势。     

Product beamforming and nested array in tandem for enhanced sonar performance

Multidimensional Systems and Signal Processing - High-performance sonar systems mostly combine a large sensor array and an efficient beamformer for enhancing the overall detection capabilities and...     

基于EIRP最优的智能天线阵赋型算法研究

在实际天线阵列中,由于互耦的影响会使得单天线阵元辐射方向图畸变,导致传统的波束赋形算法性能恶化甚至失效。针对这个问题,文中提出了基于等效全向功率约束条件的粒子群算法,避免了传统的波束赋形算法的失效,提升了系统的等效全向功率。同时,为了减弱干扰方向的影响,文中进一步提出了零陷生成方案。仿真结果显示本文提出的算法不仅能够提升波束的等效全向功率,而且可以有效地生成干扰方向的零陷。     

A 2D adaptive beamforming method in sparse array

This study presents an Accelerated Proximal Gradient singular value thresholding based Linearly Constrained Singular Canceler (APG-LCSC) algorithm to improve the performance of two-dimensional (2D) adaptive beamforming in sparse array. Firstly, a signal model is established based on Matrix Completion (MC), which can be proved to meet Null Space Property (NSP). Subsequently, left and right singular value vector of the received signal matrix is achieved via MC, and then a linearly constrained singular canceler is obtained by employing the singular value vector. The proposed algorithm decreases the required number of antennas, lowers the computational complexity and has a robust performance. Computer simulations demonstrate that the proposed APG-LCSC algorithm can acquire high accuracy of 2D beamforming in sparse array.     

SVM自适应波束成形算法

在天线阵列过载,以及强干扰与期望用户信号夹角过近的情况下,传统的线性阵列信号处理算法,如MMSE(minimum mean-squareerror)、NLMS(Normalized Least Mean Squares)等表现并不理想。SVM(SupportVectorMachine)是机器学习领域的最新成果,有较强的泛化能力,收敛快以及低复杂度等优点。本文提出了在上行波束成形中使用SVM算法,提高空域滤波的分辨率,与其他相关算法相比较,系统性能有了明显的改进。     

基于稳健Capon波束形成技术的矢量相关测向方法

为了弥补阵列天线导向矢量失配对测向性能的影响,提出基于稳健Capon波束形成技术的矢量相关测向方法。与直接使用相位差的常规相关干涉测向技术不同,该方法首先利用稳健Capon波束形成技术估计目标信号的真实导向矢量;然后通过导向矢量的相关拟合确定目标信号方向。通过仿真分析,得出了以测向为衡量标准时不确定集约束参数的选择原则。仿真结果表明该方法能够弥补阵列流型失配的影响、准确测量目标信号方向。     

Steering vector optimization using subspace-based constraints for robust adaptive beamforming

Multidimensional Systems and Signal Processing - To address the issue of steering vector mismatch, a robust adaptive beamforming design via steering vector optimization is proposed in this paper....     

Air-spaced beamforming patch antenna array

A novel low-loss air-spaced patch antenna array with an integrated beamforming network is presented. The performance of the array is predicted using a commercial simulator. The predicted results are compared with measured data and good agreement is reported.     

基于投影对消处理技术的稳健自适应波束形成

针对传统自适应波束形成算法中目标波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计不准确引起的波束形成性能下降问题,提出了一种采用投影对消矩阵的稳健自适应波束形成算法.首先,寻找与估计波达方向有最大相关性的特征矢量作为目标信号特征矢量,然后构建对消矩阵消除协方差矩阵中的信号分量,最后通过增加零点约束实现干...