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。     

基于不确定集的稳健Capon波束形成算法性能分析

该文针对常规Capon波束形成易受期望信号导向矢量失配影响,研究了基于导向矢量误差不确定集的稳健Capon自适应波束形成算法。推导出期望信号导向矢量属于球形不确定集时的自适应权矢量近似闭式解,并由此进行性能评估,得到目标功率估计和输出信号干扰噪声比的近似表达式,从而明确了各种因素对性能的影响关系。计算机仿真结果证明了该文分析的合理性。     

一种基于协方差矩阵重构的波束形成算法

针对Capon波束形成在误差条件下敏感性问题,提出一种基于协方差矩阵重构的鲁棒波束形成算法。算法将信号集中出现的空域划分为干扰区域和信号区域,接着将两个区域划分为若干相互独立不重叠的部分,对干扰区域积分,构造出干扰协方差矩阵;再利用采样协方差矩阵特征分解后的最小特征值重构出噪声协方差矩阵;最后对期望信号导向矢量误差进行环不确定集建模,并在期望信号导向矢量环不确定集上进行Capon谱积分来估计期望信号协方差矩阵,根据其主特征矢量获取期望信号导向矢量。仿真表明,与传统鲁棒波束形成算法相比,此方法在不同快拍数以及输入信噪比条件下,性能更加优异且稳定,同时计算量较小。     

基于改进不确定集的稳健波束形成算法

基于不确定集约束的稳健MVDR波束形成算法在一定程度上依赖于期望信号导向矢量误差的先验知识,且当导向矢量失配较严重时干扰抑制性能也有所下降。为此,提出了一种基于投影变换的改进算法。该方法将约束方向矢量向信号干扰子空间投影,并作为新的约束方向矢量,从而等效于减小了期望信号导向矢量误差。这样,误差不确定参数只需设置为一较小的实数即可在任意导向矢量失配时获得最优的输出性能。计算机仿真结果证明了所提波束形成器具有较强的稳健性能。     

正交模约束的稳健波束形成算法

Capon波束形成算法在导向矢量存在误差或是在较少快拍数或高信噪比情况下,都会使波束产生严重的畸变。为了提高波束的稳健性,该文提出了一种正交模约束的稳健波束形成算法(OCCB),并通过二次求导得到阵列权值的具体数学表达式。该算法在Capon算法的基础上,增加对阵列权值和噪声子空间的正交模约束,实现了在不影响信号和干扰特征值的同时,完成对噪声特征值的加载,减小噪声特征值的扩散程度。分析了部分对角加载对期望信号、干扰和噪声的影响。该算法在导向矢量存在误差、采样快拍数较少和高信噪比情况下,都可使波束具有更低的旁瓣和更加准确的主瓣指向,同时对干扰能进行较好的抑制,仿真结果证实了方法的有效性。     

基于导向矢量估计的鲁棒波束形成

针对标准Capon波束形成器中真实导向矢量与期望导向矢量存在误差时,其性能会急剧下降的问题,提出了基于加权空间平滑与导向矢量估计相结合的鲁棒波束形成算法。该算法利用加权空间平滑方法,对子阵进行特殊的划分,根据子阵间自相关矩阵与互相关矩阵权重差异,采用嵌套的方式获得加权矩阵,继而得到更加精确的协方差矩阵,接着,使用不确定范围约束期望导向矢量来获得真实导向矢量。仿真结果表明,和传统的自适应波束形成算法相比较,本文算法在面对协方差矩阵中含有期望信号以及角度失配问题时,鲁棒性得到明显提升。     

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。     

基于导向矢量估计的鲁棒自适应波束形成算法

针对在导向矢量存在误差情况下自适应波束形成算法性能严重下降的问题,提出一种基于导向矢量估计的鲁棒自适应波束形成(Steering Vector Estimation Based Robust Adaptive Beamforming,SVE-RAB)算法.算法用导向矢量不确定范围估计真实导向矢量,利用范数约束通过二阶锥规划技术提高波束形成的鲁棒性.算法可在导向矢量存在误差的情况下,对期望信号保持最大增益并有效抑制干扰,且有效提高了波束形成输出的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR).仿真结果验证了算法的有效性和优越性.     

一种改进的稳健波束形成算法

针对期望信号的实际方向与约束方向有误差这一问题,提出了信号子空间投影与非线性约束条件下最小化输出功率相结合的一种改进波束形成算法。该方法能缩小期望信号导向矢量的误差范围,避免导向矢量误差过大引起的波束形成算法性能下降,而且能使收敛速度更快,对信号导向矢量偏差较大的波束形成有很强的稳健性。     

迭代对角加载采样矩阵求逆鲁棒自适应波束形成

为有效克服导向矢量大失配误差对自适应波束形成器的影响,该文提出了一种迭代对角加载采样矩阵求逆鲁棒自适应波束形成算法。该算法对传统对角加载算法进行了迭代运算,基于Capon波束形成器的最优权矢量与假定导向矢量的基本关系,将每一步得到的权矢量,对应反解出一个比导向矢量假定值更为准确的导向矢量,并替代假定值,最终逼近真实的期望信号导向矢量。提出的方法在迭代过程中只需一步递推,无需对导向矢量建立不确定集,避免了在每步迭代中运用拉格朗日数值法或凸优化法,且明显提高了波束形成器的输出信干噪比。仿真结果验证了算法的正确性和有效性。     

一种联合修正的稳健Capon波束形成算法

指出了水平定向天线阵波束形成的主要难点,没有固定相位中心和受交叉极化来波的影响。阵列受随机性误差使得导向矢量存在较大失配,从而导致传统Capon算法性能下降甚至失效。在阵列误差模型下,给出了基于协方差矩阵与导向矢量联合修正的稳健Capon波束形成算法。该算法首先基于收缩得到一个增强的协方差矩阵,然后通过最大化Capon输出功率实现对导向矢量的修正,同时增加二次型约束防止修正的导向矢量接近于干扰导向矢量上。该算法可转化为二次约束二阶规划问题,并通过凸优化进行求解。仿真结果表明,该算法对天线阵模型中误差矩阵具有一定的稳健性,且较其他稳健算法具有较好的性能。     

基于稳健最小二乘的鲁棒波束形成

为解决Capon波束形成器在存在导向矢量失配时的性能急剧下降问题,提出了一种结合广义旁瓣对消器和稳健最小二乘的鲁棒波束形成算法.该算法利用广义旁瓣对消器原理将Capon波束形成器转化为最小二乘问题,然后在数据协方差矩阵误差的范数约束下将其转化为二阶锥规划问题,并利用高效内点法得到最优解.所提出的算法经推导证明属于对角加载类.仿真分析表明,该算法在导向矢量失配和快拍不足时仍具有较好的性能.     

基于指向最小误差的宽带稳健波束形成方法

宽带自适应波束形成方法较常规延时求和波束形成方法具备更好的空间分辨能力和干扰抑制能力,但在实际应用中由于阵列误差和指向误差影响导致性能下降。文中在宽带指向最小误差(STMV)方法和窄带稳健Capon(RCB)方法基础上,提出了一种基于椭圆不确定集的宽带稳健波束形成方法。通过仿真验证分析了算法在强副瓣干扰和指向误差条件下弱目标检测能力;在幅频响应误差影响条件下的保持弱信号功率输出能力;并验证算法对快拍数要求低于STMV 方法。     

快速扫描机载气象雷达多普勒解模糊算法

本文针对机载气象雷达前视快速扫描下的多普勒模糊问题,提出了两种多普勒解模糊算法：基于改进方位向波束形成算法和基于阻塞矩阵算法。基于改进方位向波束形成算法在传统的Capon波束形成的基础上,利用空间谱积分的方法对非期望信号协方差矩阵进行重构和对导向矢量进行估计,进一步提高了算法的鲁棒性,降低方位角估计误差;基于阻塞矩阵算法需要估计导向矢量,并利用导向矢量计算阻塞矩阵,将接收信号进行多普勒模糊相消预处理,阻塞每个多普勒频点的模糊多普勒分量,以达到解模糊的目的。通过仿真实验证明,两种方法均可以有效地恢复信号的多普勒信息,其中基于阻塞矩阵算法与基于改进方位向波束形成算法相比,有更优良的性能,并有更小的运算量。     

用于ADS-B解交织的高增益稳健PA算法

广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)是基于全球卫星定位系统的航空器运行监视技术,由于ADS-B信号随机接入的广播方式和不断增加的空域流量,不可避免会带来信号交织问题,造成解码信息错误或丢失。本文基于正交投影（Project Algorithm,PA）,利用天线阵带来的信号处理增益,提出了一种高增益稳健的解交织算法:首先利用PA估计源信号的导向矢量,然后结合Capon波束形成算法,提高解交织信号的输出信噪比,考虑导向矢量的估计误差,本文将稳健波束形成（Robust Capon Beamforming,RCB）算法应用于此,从而进一步提高解交织算法的稳健性。仿真和实采数据结果均验证了本文所提算法能够较稳健地提高解交织信号的输出信噪比。