基于特征值分解的稳健波束形成技术

Capon 自适应波束形成中,导向矢量误差和协方差矩阵的估计误差均会导致波束形成器的性能下降。针对这一现象,提出一种基于特征值分解的稳健波束形成技术,即在将估计的协方差矩阵特征值分解后,直接对影响波束形成器稳健性能的噪声小特征值进行算术平均处理,以获得接近于理想波束形成器的稳健性能。同时根据试验仿真,给出了用于区分干扰和噪声特征值的门限计算公式,为准确构建特征子空间提供了思路。分析结果表明,与传统的对角加载方法相比,该方法能够达到同样的改善性能,在实际运用中更加直接和有效。     

最坏情况下的鲁棒自适应波束形成算法性能分析

研究了最坏情况下的鲁棒自适应波束形成算法,它通过对角加载提高波束对方向矢量误差的鲁棒性.给出了其最优对角加载因子的近似解析达式,揭示了各种因素如何影响最优加载因子.在此基础上,对该算法进行了性能分析,推导出了关于目标功率估计和信号干扰噪声比的近似表达式.计算机仿真验证了本文的分析.     

一种波束形成中的自适应对角加载方法

在自适应波束形成中，由于采样快拍数有限，导致协方差矩阵的估计误差，由此得到的自适应波束旁瓣很高。对角加载方法是一种改善波束性能的有效方法。文章介绍了对角加载的原理，给出了一种对角加载值的确定方法和仿真效果。该方法能根据采样数据自适应调整对角加载的数值，实现容易，能得到很好的旁瓣特性。     

一种运动干扰稳健滤波方法

传统的阵列干扰抑制算法假设天线阵列与干扰之间相对静止,完成干扰抑制,当阵列与干扰之间存在相对运动时,存在协方差矩阵估计快拍数不足的问题,从而导致阵列滤波性能下降。针对上述运动干扰稳健滤波问题,提出了一种算法对现有零陷展宽技术抗运动干扰方法进行改进。一方面,将零陷展宽技术与导数约束方法相结合,用得到的新协方差矩阵求自适应权值;另一方面,为了提高自适应波束形成对噪声和误差的稳健性,引入了对角加载技术,加载量通过寻找协方差矩阵的特征值曲线拐点得到,有效避免了加载量过大导致的干扰信号被淹没以及加载量过小导致噪声分量引起性能损失的问题。该算法对零陷展宽系数选取依赖性较低,且对角加载量不需要设置固定的经验值,有利于稳健运动干扰滤波,适用于实际工程中先验信息不足条件下的自适应阵列抗运动干扰情况。     

宽带子阵域特征空间稳健对角减载波束形成

针对宽带子阵域自适应波束形成器在实际使用中稳健性下降、对弱信号的检测能力受信噪比限制的问题,提出了一种宽带子阵域特征空间稳健对角减载自适应波束形成方法.首先提出利用子阵域特征空间投影法修正导引向量并得到球形不确定集的估计,再利用RCB（Robust Capon Beamformer）算法得到约束条件下的最优权值.另一方面,利用子阵域互谱密度矩阵的最小特征值作为子阵域非相关噪声功率的估计并进行对角减载,以最优权值对减载矩阵波束形成得到子带波束输出,对每个窄子带重复上述处理,再将结果非相干叠加即可得到本文方法的最终结果.理论及实验分析表明方法能提高自适应波束形成器的稳健性及输出信噪比.     

一种空间色噪声环境下的鲁棒自适应波束

该文提出了一种基于对角加载的鲁棒自适应波束形成算法,以提高空间色噪声环境中自适应波束对方向矢量误差的鲁棒性。该算法首先利用噪声协方差矩阵对阵列相关矩阵进行预白化,同时定义了一个与噪声矩阵相对应的椭圆方向矢量模糊集,然后,通过在该模糊集内进行最坏情况性能优化来确定对角加载因子。和现有的通过迭代求解加载因子的方法不同,该文给出了最优加载因子的近似解析表达式,降低了运算量,揭示了哪些因素可以影响最优加载因子,以及如何影响。仿真结果表明,在空间色噪声环境中,该算法具有很好的鲁棒性,并且,给出的加载因子表达式是其真实最优解的一个准确近似。     

一种稳健自适应波束形成的变量对角加载方法

在设计稳健的自适应波束形成算法来消除阵列流形中的非确定性方面已经投入了很大的努力.这些不确定性可能由波达方向(DOA)的不确定性、阵列结构不理想、远近效应、相互耦合和其他的失配以及建立模型错误造成.提出了一种可供选择实现的包含椭球不确定约束导引矢量的线性约束最小方差(LCMV)的波束形成方法,更详细地说,真实的导引矢量是根据预测导引矢量采用将椭球约束施加到估计的导引矢量的递归最陡下降算法来估计的,对角加载技术必须满足椭球约束,其主要缺点是如何通过对非确定性约束的认识来得到最优的对角加载值不是很明确.通过这个问题的解决证明了该方法的可行性,而且对角加载技术是通过变量加载集成到自适应机制中而不是固定对角加载或Ad Hoc技术.     

一种新的波束形成零陷展宽算法

针对自适应波束形成器在干扰位置出现扰动时的输出性能下降问题,该文提出一种新的零陷展宽算法。该算法基于投影变换与对角加载技术的结合,首先利用投影变换技术对阵列接收数据进行预处理,结合对角加载技术,以此构造出一个新的协方差矩阵替代原来的协方差矩阵,再利用自适应波束形成技术得到零陷展宽后的波束图。仿真结果表明,该方法能有效展宽波束零陷宽度,加深零陷深度,达到抑制位置出现扰动的强干扰信号目的。该算法易于求解,对参数的选取具有较强稳健性,在低快拍条件下,依然能有效地工作,增强了自适应波束形成器稳定性。     

基于特征结构的可变对角加载波束形成算法

对角线加载技术能减弱小特征值对应的噪声波束的影响,改善方向图畸变,但加载量的确定是一个比较困难的问题.提出了一种鲁棒的自适应对角线加载波束形成算法,根据阵列接收信号协方差矩阵的特征结构确定加载值.然后利用非线性约束条件优化权向量,自适应地加载对角线,可以提供较好的输出SINR,提高算法的鲁棒性.     

空间相关色噪声下基于酉变换的信号源数目估计

空间相关色噪声环境下的信号源数目的估计一直是个难题.本文在窄带信号条件下,利用信号的时间相关长度大于噪声的时间相关长度这一事实,提出了一种色噪声环境下基于辅助变量和酉变换的信号源数目估计方法.构造适当的辅助变量减轻甚至消除噪声对检测性能的影响.对信号子空间和噪声子空间的正交性进行了分析得出新的估计准则.最后通过计算机仿真和实测数据对比已有的其他方法验证了本文方法的有效性和优越性.     

一种新的GPS快速整周模糊度解算算法

本文实现了一种新的GPS快速整周模糊度解算算法,首先采用Kalman滤波估计初始浮点模糊值,然后采用FASF（快速模糊度搜索滤波器）和Z变换联合的方法解算整周模糊度,并给出了计算机实验结果。相对于传统的模糊度解算算法,本文采用的整周模糊度解算方法具有效率更高、更便于实时和动态应用的特点,本文的研究可作为GPS实时高动态定位和GPS实时姿态测量的工程应用的参考。     

基于载体姿态的GPS信号模拟器

GPS姿态测量技术是根据安装在载体上的多天线阵所确定的基线平面来推算出载体的航向及姿态原理。通过将载体姿态信息反映在其多天线阵接收信号状态上,并形成测姿所用的观测文件,以实现对测姿接收机在各种环境条件下的灵活测试。提出了GPS姿态信号模拟的原理设计方案,同时进行了建模与仿真分析,包括从姿态信号生成模拟、多天线阵定位解算到载体姿态解算的一系列完整过程。仿真结果表明,三维姿态角标准差都在0.2°以下,符合实际情况。     

等式约束最小二乘在“北斗”姿态测量中的应用

针对传统无约束的姿态测量中整周模糊度求解成功率不高的问题,提出利用等式约束快速求解整周模糊度的算法,并将其应用于“北斗”姿态测量。该算法充分利用基线的先验信息,在整周模糊度的求解过程中加入等式约束,同时利用拉格朗日乘子法求解约束整数最小二乘问题,提高了姿态测量中整周模糊度和姿态角的求解成功率。采用静态测试和动态测试验证该算法,结果表明在“北斗”单历元条件下,整周模糊度及姿态角的求解成功率提升30%左右。     

基于DSP的GPS双天线实时姿态测量系统实现

实现了基于DSP的GPS双天线实时姿态测量系统，采用Kalman滤波估计载体的位置，速度和初始模糊值搜索距离，然后采用FASF和LAMBDA解算整周模糊度和直接法计算载体的姿态。给出了基于DSP的硬件实现，相对于传统的模糊度解算方法，所采用的整周模糊度解算方法具有效率更高，更便于实时和动态应用的特点，实现了与多天线GPS姿态测量系统相当的精度。对GPS姿态测量技术的工程应用和理论研究具有一定的参考价值。     

Space flight tests of attitude determination using GPS

Preliminary space flight results of attitude determination using GPS are presented from a spacecraft in low Earth orbit. Relative position measurements accurate to the sub-centimetre level are made among multiple GPS antennas mounted on the space vehicle. A Trimble Navigation TANS Quadrex (a GPS receiver specially adapted for attitude determination by Stanford University) is used as a differential carrier phase sensor for the flight. Four GPS antennas are mounted on the zenith face of RADCAL, a polar orbiting, gravity-gradient-stabilized Air Force Space Test Program Satellite, built by Defense Systems, Inc. The four antennas are equally spaced about the perimeter of the 30 inch diameter cylindrical spacecraft bus. The Quadrex receiver measures the phase of the L-band GPS carrier (1575 MHz) at each of up to four antennas for up to six GPS satellites simultaneously. From these measurements, an initial assessment of attitude determination in space is performed in post-processing. For RADCAL, the attitude solution is greatly overdetermined. In a preliminary evaluation of system performance, the system accuracy is determined through measurement self-consistency. Analysis of the attitude motion in the context of a gravity gradient dynamic model yields further insight into the system performance.     

利用非线性约束整数最小二乘快速求解整周模糊度

整周模糊度的解算是高精度北斗姿态测量的核心问题,本文提出一种利用二次特征值求解非线性约束的最小二乘问题,用于整周模糊度快速求解,并将其应用在单频单历元的北斗姿态测量系统中.该方法将基线长度的先验信息与整周模糊度目标函数整合,构造新的目标函数,提高姿态测量中整周模糊度求解准确度.实验在北斗姿态测量平台上验证该方法的有效性,测试结果表明该方法在北斗单频单历元下,整周模糊度及姿态角求解的成功率有较大提升.     

线性调频-Costas频率步进信号分析及宽带合成处理

针对宽带宽角扫描相控阵雷达系统高精度测距、测速应用需求,提出了脉间Costas编码跳频、脉内线性调频调制的信号形式。通过对信号建模及距离-多普勒二维模糊度函数的分析表明,该信号形式综合了线性调频信号和Costas编码的优点,具有接近理想图钉型的模糊函数,可实现距离-速度的二维高分辨率。推导了线性调频-Costas频率步进信号宽带合成的处理方法,并通过仿真验证了该算法的有效性。     

GPS姿态测量中的整周模糊度的实时解算方法

GPS 实时姿态测量的核心问题是整周模糊度解算。本文提出了一种适合实时姿态测量的模糊度解算方法,它利用单差平滑伪距进行解算,与传统的模糊度解算方法相比具有许多优点。该方法的有效性和实用性通过仿真实验进行了验证。     

采用天线组阵辅助的连线干涉测量载波相位解模糊

针对航天器初始轨道精度无法满足连线干涉测量（CEI）载波相位解模糊需求的问题,提出了一种采用短基线天线阵辅助的解模糊方法。从理论上分析了载波相位模糊产生的原因以及不同方向角、不同基线长度条件下解模糊对轨道预报精度的最低要求,对具有代表性的1 km短基线天线阵在主站测距加两基线方向角（Rlm）体制下的定位精度进行了仿真,结果表明,方向角越大,该方法的无模糊基线长度扩展能力越强。最后给出了达到最优测角精度的基线长度设置和解模糊流程。     

随机稀疏调频步进信号距离像抗混叠方法研究

传统步进频率波形不模糊距离窗大小受载频步进量制约,将会导致距离像混叠等问题.针对此问题,基于压缩感知理论,研究了一种随机稀疏调频步进信号距离像抗混叠方法.首先对子脉冲进行脉压（Dechirp）处理,将处理后的回波信号看作为具有等效带宽线性调频信号回波的量测数据;其次根据子脉冲随机发射方式构造相应的量测矩阵,得到随机稀疏调频步进信号的压缩感知重构模型,并采用压缩感知重构算法得到高分辨一维距离像.最后,对该方法不模糊距离窗大小进行了分析,并给出了影响不模糊距离窗大小的因素和参数设置原则.所研究方法通过将随机稀疏调频步进信号的距离像合成处理等效为LFM信号的距离像合成过程,既降低了载频步进量对不模糊距离窗大小的限制,克服了距离像混叠问题,又提高了距离像合成性能.仿真实验进一步验证了本文方法的有效性.