基于协方差矩阵重构稳健波束形成算法

提出了一种新的基于协方差矩阵重构的稳健算法.该算法基于最小化输出期望信号空间倒谱,利用多项式拟合估计期望信号的导向矢量;从数据协方差矩阵中减去期望信号部分,得到干扰加噪声协方差矩阵,通过修正方法实现对干扰加噪声协方差矩阵的准确估计,解决了低信噪比时由于信号子空间发生缠绕,导致协方差矩阵估计存在较大误差的问题;理论分析与仿真实验表明了该算法的有效性和稳健性.     

基于矢量最优化的稳健波束形成方法

当阵列导向矢量存在误差或接收信号采样样本数较少时,标准Capon波束形成（SCB）的性能会严重退化。现有的提高稳健性的算法大都是针对导向矢量误差而提出的,很少考虑有限采样效应条件下的稳健性问题。针对以上原因,从导向矢量误差和有限采样效应两个角度出发,引入矢量最优化概念,提出了基于矢量最优化的稳健波束形成(VORB)方法,进而提高SCB算法的稳健性,并通过二阶锥(SOC)规划理论对其进行求解。文中还进一步推导了自适应权矢量的近似解析表达式,揭示了影响最优权矢量的各主要因素之间的关系,同时证明了该算法广义上属于对角加载类方法。通过理论分析和计算机仿真研究,表明了VORB方法对自适应波束形成算法的稳健性有明显的改善：在不同快拍数、信噪比(SNR)和导向矢量不确定度条件下,VORB方法的输出信干噪比(SINR)均较其他算法提高约5 dB;在典型工况条件下,VORB具有更尖锐的谱峰,更低的旁瓣级（低至-15 dB以下）。外场试验数据处理结果表明,将VORB应用于实际工程进行空间谱估计,能够得到准确而稳健的高分辨方位估计结果。     

一种新的基于角度分布的自适应波束形成算法

文中针对自适应波束形成算法对指向误差敏感的缺点,将由先验知识得到的角度进行均匀扩展,然后将该范围内所有角度的方向矢量进行累加,得到一个新的平均导向矢量,并将该矢量代替原始的波束形成算法的导向矢量,从而得到一种较稳健的自适应算法.经过证明,文中新的导向矢量可以通过对原有导向矢量的数值计算得到,并没有增加运算量,计算机仿真的结果,证明了该算法可以有效工作于存在指向误差的环境下.算法的稳健性得到了提高.     

基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成

针对存在导向矢量失配和快拍数不足时,声矢量阵标准Capon波束形成器性能急剧下降的问题,提出了一种基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成算法。鉴于声矢量阵声压通道和振速通道的导向矢量误差来源不同,分别为声矢量阵声压通道和振速通道设计了广义旁瓣对消器;利用最差性能最优化的思想,将声矢量阵标准Capon波束形成器转化为稳健最小二乘估计问题;利用二阶锥规划求解。仿真分析表明,该算法在抗导向矢量失配、快拍数不足、阵元姿态误差方面均有良好的性能。     

矢量阵改进常规波束形成

针对常规Bartlett波束形成无法充分发挥矢量阵抗干扰性能的问题,提出基于声压振速联合处理的矢量阵改进Bartlett波束形成方法.推导了该波束形成器的解析表达式,给出其方位谱计算方法,定义了左右舷模糊抑制增益用于分析两种方法单边指向性能.声压振速联合处理能够更好地抑制噪声使得改进方法旁瓣更低、左右舷模糊抑制性能更好...     

基于声矢量自适应干扰抵消的逆波束形成

为得到目标清晰的时间方位历程图,提出了一种将基元域声矢量自适应抵消技术与逆波束形成(IBF)相结合的方法。IBF可以得到窄的主瓣,同时可以提高对邻近目标的方位分辨力,采用声压与振速分量组合(p+vc)作为基元域自适应抵消的参考信号,可避免端射方向不再是探测盲区。对算法进行了海试实验验证,结果表明该方法既能有效地将本艇的固定方位(本艇自噪声)干扰抵消,又可以降低目标的时间方位历程图干扰背景,使时间方位历程更加清晰,同时也可以提高p+vc的抗左右舷模糊性能。     

基于幅度响应约束的稳健自适应宽带波束形成

针对信号方向失配会导致自适应波束形成算法的性能急剧下降这一问题,提出一种基于幅度响应约束的稳健自适应宽带波束形成方法。通过对阵列波束指向附近范围内的波束幅度响应施加约束来克服对信号方向失配的敏感性,并结合频率不变技术,使阵列波束图在主瓣区域内波束图近似保持频率不变特性,然后采用参考频率上幅度响应约束的优化方法来确定最优权值。仿真结果表明:与基于最差情况性能最优的稳健方法相比,该方法复杂度低,能灵活控制稳健的方位区域宽度和幅度响应抖动值,且不仅能有效地控制波束主瓣区域内信号的畸变,还改善了阵列输出的信干噪比,使其更接近最优值。     

基于单通道接收机的鲁棒自适应波束形成算法

针对导向矢量失配误差导致自适应波束形成器性能下降和多通道接收机系统成本较高的问题,提出了基于单通道接收机的最差性能最优鲁棒Capon波束形成算法。该算法基于低成本的单通道接收机系统,仅对接收机输出功率进行测量,然后使用权微扰算法对协方差矩阵进行估计,并将问题转化为对最差性能最优的鲁棒Capon波束形成器进行导向矢量估计。仿真结果验证了算法的正确性和有效性,表明该基于单通道接收机的算法在大大降低系统成本的情况下,仍然可以达到与基于多通道接收阵列的鲁棒波束形成算法相当甚至更高的性能水平。     

改进的逆波束形成高分辨方位估计方法

针对常规逆波束形成(IBF)算法存在旁瓣较高和分辨力无法突破瑞利限等固有缺陷,提出了一种基于自回归(AR)模型的改进的IBF求解方法.该方法通过对阵元域数据的AR建模,将参数模型引入到IBF积分方程的求解中,可以更充分的将各阵元接收信号的信息利用到声场的空间谱估计中,从而大大提高常规的傅里叶类IBF算法的分辨性能;并通...     

一种基于支持向量机的对角加载鲁棒波束形成方法

为了有效克服波达方向矢量失配,以及存在阵元扰动而导致的阵列流形向量失配对自适应波束形成器的影响,提出了一种基于支持向量机的对角加载鲁棒波束形成方法。该方法在分析线性约束最小方差波束形成器的基础上,研究了传统的对角加载算法对波束形成器鲁棒性的改善,将基于结构风险最小化原理的支持向量机算法应用于鲁棒波束形成。数值仿真实验表明:在无失配的理想情况和有失配的实际情况下,基于支持向量机的波束形成算法均可以提高波束形成的鲁棒性。     

基于视频的摄像头实时标定算法

针对人为选取标定图像具有较大的不确定性问题,提出一种基于视频的摄像头实时标定算法。介绍摄像机模型,通过初始图像生成模块采集初始标定图像集合,根据误差分析模块的输出进行标定图像更新,结合精度分析模块判定算法是否结束,并进行实验验证。实验结果表明：该方法能够大幅减少标定图像集合的误差均值及方差,有效地得到标定图像集合,提高摄像头参数的精确度。     

一种改进的空时自适应处理干扰抑制算法

传统的空时自适应处理算法对空间不同于来向的干扰可以有效地抑制,但对与信号同向的窄带干扰抑制程度不够,同时滤除部分有用信号。对级联IIR陷波滤波器的自适应算法进行了讨论,提出了一种改进的空时处理器结构,将级联IIR陷波滤波器与空时FIR滤波器组相结合。该算法有效抑制了窄带和宽带干扰,改善系统性能,提高输出信干噪比。仿真结果与理论分析相一致,证实了该算法的性能优越性。     

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。     

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。