基于二阶锥规划的相干信号宽零陷自适应波束形成

针对传统自适应波束形成器在相干干扰位置出现快速变化时,输出性能下降,甚至干扰抑制失效的问题,提出了一种基于二阶锥规划(SOCP)的相干信号宽零陷自适应波束形成算法。该算法首先对接收数据协方差矩阵进行Toeplitz重构,然后重构了干扰加噪声协方差矩阵并对其进行零陷展宽处理;接着在保证期望方向波束无失真前提下,约束主瓣宽度和旁瓣电平,使得波束形成器干扰和噪声的输出功率最小;最后将该问题转化为凸优化中的二阶锥规划问题,并使用凸优化工具箱进行快速求解。仿真实验表明,该算法可以在兼顾全部阵列性能指标的前提下,在相干干扰区域形成宽零陷。     

双层圆阵的自适应零点波束形成

离散圆阵是水声工程中的主要阵形之一,研究这一阵列形式下的阵列布放结构与波束形成方法具有重要意义。本文在分析均匀圆阵波束图的基础上,提出了采用双层圆阵来解决均匀圆阵波束图副瓣电平较高等问题,并将双层圆阵应用于自适应零点波束形成。首次将2种稳健的自适应零点波束形成算法即基于特征空间的自适应波束形成算法（ESB）以及能抑制相干干扰的多约束最小方差波束形成算法（MCMVB）在双层圆阵上实现,得到了较深的零陷。仿真结果表明,与均匀圆阵相比,双层圆阵的波束图有较低的副瓣电平,而且能够形成较深的自适应零点。     

一种正交投影自适应波束形成快速算法

正交投影自适应波束形成算法性能优良，但需要进行矩阵特征分解，运算量大．为了减小正交投影自适应波束形成算法的运算量，提出了一种正交投影自适应数字波束形成快速算法．该算法利用阵列协方差矩阵的一个子矩阵得到干扰子空间。无需特征分解，且无需估计整个协方差矩阵，而只需估计该子矩阵，因而易于工程实现．当阵元数相对干扰数较大时，该算法性能与正交投影算法相差不大，但运算量要小得多．理论分析和计算机仿真结果表明。此方法是有效的．     

基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法

针对大角度失配和采样协方差矩阵中包含有期望信号时,传统自适应波束形成器性能极剧下降的问题,提出了基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法。该算法将全空域划分成若干互不重叠的区域,分别对应干扰区域和期望信号区域,先利用标准Capon波束形成器及采样协方差矩阵的最小特征值对干扰加噪声协方差矩阵进行重构,再利用MUSIC谱估计法重构出信号协方差矩阵,以其主特征向量估计出期望信号导引向量,最终得到自适应波束形成器的最优权值。仿真实验结果表明,在少快拍和大角度失配情况下算法具有良好的性能。     

基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法

传统的基于广义旁瓣相消器(GSC)的降秩自适应波束形成算法,降秩矩阵大多数需要通过特征值分解获得,而特征值分解会带来新的大运算量,大大限制了算法的工程实现。提出了一种新的基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法(FRGSC)。该算法直接利用广义旁瓣相消器下支路的中间快拍数据来构造降秩矩阵,利用所有可以利用的快拍数(多于干扰个数的快拍数)来构造降秩矩阵。基于GSC的传统降秩算法构造降秩矩阵需要的运算量为O((N-1)3)(N为自适应自由度),而FRGSC算法构造降秩矩阵只需要一次复数乘法和少量复数加法,所需运算量大大降低。该方法在实际应用中具有更优的实时性,适用于大阵列连续波体制雷达。仿真结果证明了所提出的基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法具有很好的波束形成性能,验证了算法的有效性。     

GPS自适应天线阵多波束形成算法分析

GPS天线阵列接收抗干扰技术多采用PI自适应调零算法,但其自由度有限,而基于卫星DOA估计的波束形成技术又敏感于到达角的估计性能。本文提出基于DEML的卫星到达角估计结合多波束形成抗干扰技术,其DOA估计性能稳健性高、计算量小。分析了PI自适应零陷技术和MVDR多波束形成技术的接收机结构、算法。仿真结果表明了多波束形成方法的有效性和稳健性。     

基于数字调幅广播外辐射源雷达的弱目标检测

外辐射源雷达面临严重的多径杂波问题,因此要实现对弱目标的检测就必须尽可能地抑制直达波、多径杂波和提高目标的信噪比和信杂比。针对这一问题,在建立新体制雷达空域、时域、频域信号模型的基础上,提出一种空域与时域联合自适应处理技术。通过空域自适应波束形成对强多径方位形成零陷,针对弱多径采用基于横向滤波器的算法从时域上消除。以数字调幅广播外辐射源雷达为例,结合仿真和实测数据对空域与时域联合自适应处理技术进行分析,能够更加有效地检测出弱目标。研究结果表明：该技术能克服空域自适应波束形成方法自由度不足或杂波噪声比低导致的杂波零陷深度不够等缺点,并且能提高目标的信噪比和信杂比。     

基于极化波束形成的相控阵雷达导引头抗干扰技术研究

压制式干扰往往会使相控阵雷达系统失去其基本探测功能。针对此问题,利用正交极化失配的原理,将干扰信号源在接收端进行极化隔离,由此提高极化相控阵雷达的抗干扰性能。提出极化域-空域联合波束形成技术,推导了旁瓣极化与零陷约束联合优化的最优极化波束形成的优化问题,将优化问题转换为SOCP(二阶锥规划)问题进行求解,最终得到具有旁瓣零陷和极化约束的极化波束。仿真结果验证了算法的有效性。     

双重优化的宽带聚焦波束形成算法研究

在相干信号子空间法中确定聚焦矩阵时,对初始方向估计的偏差和聚焦频率选择的偏差都会影响最终的聚焦效果,甚至会使算法失效。针对这个缺陷,提出了一种双重优化的宽带聚焦波束形成算法。该算法利用稳健Capon波束形成算法对聚焦矩阵进行修正,使宽带信号通过修正的聚焦矩阵全部聚焦在最佳聚焦频率上,再对窄带数据利用2阶锥方法实现波束形成。计算机仿真以及湖试实验结果表明,该算法在保证波束恒定的前提下,在各个频率点都具有更低的旁瓣级。     

宽带恒定束宽波束形成的主瓣干扰抑制算法

在宽带波束形成技术中,当系统存在主瓣干扰时,通常会导致主瓣畸变、副瓣电平抬高,波束性能严重下降。传统的宽带恒定束宽波束形成算法只能做到主瓣保形,不能有效抑制干扰。因此,提出一种有效抑制主瓣干扰的宽带恒定束宽波束形成算法。该算法构造分频段阻塞矩阵,在数据域实施干扰相消预处理;补偿预处理带来的信号包络误差,在各频段频率中心采用二阶锥规划方法实现宽带波束的恒定束宽设计。该算法在实现期望信号无失真接收的同时,能有效抑制主瓣干扰。应用计算机仿真验证了该算法的有效性。     

基于矩阵重构的多径接收鲁棒波束形成算法

针对存在失配误差时多径信号接收中的信号相消问题,提出了一种新的多径接收鲁棒波束形成算法。算法对信号来波方向进行预估,进行区间划分,基于干扰加噪声协方差矩阵重构,去除了接收数据中的期望信号及其多径相干信号分量,得出了波束形成最优权矢量的显式解;仿真实验表明：当存在失配误差时,算法不仅能够有效地接收多径相干信号,而且可以抑制干扰和噪声,在输入信噪比较高的情况下依然保持较好的性能,得到较高的输出信干噪比;算法在期望信号和多径信号数量较少且分布相对连续的情况下,能有效解决多径信号接收问题,提高了波束形成算法对模型失配误差的鲁棒性。     

机载共形阵天线阵列信号处理的关键技术

阵列信号处理分为自适应波束形成技术和参数估计技术,两种技术均基于对信号进行空间采样的数拓_进行处理．波束形成技术需使阵列天线方向图的主瓣指向所需方向,并使其零陷对准干扰方向,尽可能提高阵列输出所需信号的强度,从而提高阵列输出的信噪比。空间信号波达方向主要作用则是有效分辨用户信号的来波方向．机载共形阵天线的阵元数量较多,自适应波束形成则需要较大的计算量。     

改进G-S零点控制算法在雷达中的应用

针对目前对Gram-Schmidt(G-S)自适应零点控制算法的研究大多只停留在理论研究阶段,还没有将其应用于低截获概率(LPI,Low Probability of Intercept)雷达设计,提出一种改进的G-S自适应零点控制算法应用于连续波(CW,Continuous Wave)体制LPI雷达。该算法可以把接收信号中的目标信息去除,只留下干扰信号,进而进行正交化处理,从而防止目标信息被当作干扰抑制掉。阵列方向图、零陷深度和误差分析等仿真结果表明:该算法在保证较快的收敛速度和较好的稳定性的基础上,相对于传统的G-S正交法有10 dB以上的零陷加深,从而验证了该算法能有效提升雷达的LPI性能。     

子空间跟踪算法在GPS实时抗干扰中的应用研究

针对电子战中移动的和时变的干扰,提出了一种新的自适应调零算法.该算法利用信号之间的正交性,能够有效地抑制强干扰和弱干扰,同时由于综合运用了正交的压缩近似投影子空间跟踪算法,能够对子空间逐次迭代更新,实时估计子空间的变化,还避免了自相关矩阵估计和特征值分解,大大简化了计算,提高了算法的实时性.仿真结果证明了算法对干扰能形成很深的零陷,并有很高的跟踪精度,说明算法具有良好的实时抗干扰性能.     

基于协方差矩阵修正的主瓣干扰抑制优化方法

针对基于阻塞矩阵实现主瓣干扰抑制而导致的波束畸变和探测盲区问题,提出基于协方差矩阵修正的主瓣干扰抑制优化方法。该方法首先通过阻塞矩阵构造协方差修正因子;然后利用修正因子对阻塞矩阵预处理后协方差进行修正,减小协方差矩阵失配;最后采用修正后的协方差实现对主瓣干扰抑制方法优化,减小波束畸变和探测盲区,达到预期的干扰抑制效果和检测效果。数值仿真和数据处理验证表明,该方法通过对阻塞矩阵预处理后协方差矩阵进行修正,优化了基于阻塞矩阵预处理的主瓣干扰抑制方法(干扰阻塞算法),能够对强干扰相邻3°的弱目标实现有效检测,有效降低了干扰阻塞算法形成的"宽凹"或"凸"字形波束对不同方位区间目标检测结果的影响,实现了波束校正,减小了探测盲区。     

最小范数约束的改进MVDR波束形成算法

针对传统的最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成方法,难以有效均衡和同时优化干扰和噪声抑制的问题,提出一种基于最小范数解的改进算法。通过对阵列接收信号的自相关阵进行特征分解,取大特征值减去噪声功率及大特征值对应特征向量,构建线性约束方程的最小范数解,代替MVDR算法中的自相关阵的逆的形式形成加权系数,其中噪声功率由小特征值的平均值估计,获得的权系数对应于线性约束条件下的最小范数解。仿真分析表明,该算法能够有效地在干扰位置处形成零陷,利于后续在时间维的噪声滤波处理,较之于MVDR等算法有更好的干扰和噪声抑制性能。     

基于导向矢量实时校准的稳健波束形成算法

针对已有稳健波束形成算法实时性差、收敛速度慢、输出信干噪比(SINR)低的缺陷,提出基于导向矢量实时校准的稳健波束形成算法。该算法首先构造一个正定矩阵,然后根据真实期望信号正交于噪声子空间的原理,建立代价函数,采用最陡下降法自适应迭代求解权矢量,最后将权矢量投影到信号干扰子空间。仿真验证表明该算法实时性好、收敛速度快、输出 SINR高,在较大导向矢量误差范围内仍能保持良好性能,具有较高的实际应用价值。     

基于斜投影预处理的自适应波束形成方法

当存在主瓣干扰时,自适应天线方向图会出现旁瓣电平升高及主波束变形的严重问题。提出了基于特征空间斜投影预处理的自适应波束保形方法,将主瓣干扰子空间斜投影到旁瓣干扰和期望信号的合成子空间中,以消除主瓣干扰,然后对斜投影滤波后的协方差矩阵进行修正,并进行自适应波束形成,得到无畸变的自适应波束方向图。计算机仿真证明了,本方法可以对自适应方向图进行保形,在低快拍数情况下能够获得稳健的滤波输出。     

数字电视辐射源雷达基于空域滤波的直达波获取

在以数字电视广播为照射源的外辐射源雷达系统中,直达波的获取对系统性能有重要影响。本文提出先做波达方向(DOA)估计,再做空域滤波来抑制多发射站带来的干扰。DOA估计时,采用前向或前后向平滑的方法解相关。空域滤波时,针对外辐射源雷达的具体应用,本文将普通的宽零陷算法推广到形成多个宽零陷和主波束指向可变的情况。根据等距线阵的特点此算法可简化计算,便于实时实现。通过计算机仿真,证明采用该算法对多发射站（或多径）干扰有很好的抑制效果。     

鲁棒性自适应波束形成算法关键技术研究

鲁棒性是自适应数字波束形成算法实用性的重要指标.对角加载采样协方差矩阵求逆算法、线性约束最小方差法及最坏情况最优化算法等,是鲁棒性自适应波束形成算法的几个关键问题.综述了这些关键问题的基本概念、相关技术、研究现状以及发展趋势.