基于改进最速下降LCMV算法的稳健波束形成

基于线性约束最小方差准则(LCMV)的自适应波束形成技术,在理想条件下能够在期望信号方向保证增益最大,同时在干扰方向形成零陷.但在实际阵列系统中,指向误差、阵元位置误差以及阵元相位误差均使得传统的LCMV准则算法出现性能下降.针对最优权矢量解算问题,提出了基于牛顿法及可变加载约束的改进SD-LCMV算法,并将两者与线性约束LMS算法及递归稳健LCMV算法进行仿真对比,结果验证了改进算法对误差的稳健性.     

基于子空间逼近的特征空间波束形成算法

特征空间波束形成（ESB）算法为了得到信号子空间需要对采样协方差矩阵进行特征值分解,运算量十分巨大,这大大限制了其应用。为了减低ESB算法的运算量,利用有理子空间逼近的原理,提出一种不需要估计信号源个数的快速ESB算法。该方法利用一个介于信号和噪声特征值之间的分界值将特征空间分成两个子空间,并用矩阵幂乘和此分界值的有理式逼近这两个子空间的投影矩阵,将此投影矩阵代入到ESB算法的权值求解式中,在不降低性能的前提下,可大大提高波束形成的运算速度。计算机仿真验证了该算法的有效性,并分析了分界值取值方法的不同对子空间划分及波束形成性能的影响。     

二维面阵子阵划分及PADBF算法研究

在雷达系统抗干扰优化问题的研究中,自适应数字滤波为主要手段。应用二维面阵子阵划分方法与部分自适应数字波束形成算法中,子阵划分是部分自适应数字波束形成技术为基础。针对二维面阵子阵划分,对降低子阵划分工程实现复杂度大,提出了等功率噪声法与遗传算法(GA)相结合的子阵划分方法,可使同一子阵单元紧密相邻同时避免栅瓣出现。为改善子阵级部分自适应数字波束形成波束旁瓣电平,采用归一法的部分自适应数字波束形成算法,可有效地对干扰进行抑制,显著改善波束旁瓣电平。通过建立二维面阵信号模型,对所提方法进行了计算机仿真,仿真结果证明了所提方法的有效性,可为雷达系统性能优化提供了依据。     

六角形阵快速傅立叶变换波束形成算法

在六角形阵阵元数较多时,传统的频域相移求和波束形成方法要求的运算量很大.为此提出一种采用六角形快速傅立叶变换HFFT(Hexagonal Fast Fourier Transform)的波束形成算法.使用六角形傅立叶变换HDFT(Hexagonal Discrete Fourier Transform)完成六角形阵的波束形成,由于HDFT存在快速算法HFFT,因此能够显著降低波束形成的运算量.首先在各个通道上做FFT,将信号变换到频域,然后转角重排,再对各个阵元上相同的频点做HFFT,得到频域常规波束形成输出.理论分析表明,对于窄带信号的六角形阵波束形成,所提出的算法所需的计算量比传统的相移求和方法降低了95%以上.仿真和试验结果表明,提出的算法在不影响阵列处理性能的同时,显著降低了波束形成所需的计算量,易于工程实现.     

矢量水听器阵波束域MUSIC算法研究

矢量水听器可同时拾取声压和振速信息,成阵后水听器间的相移信息量增大。基于矢量水听器阵的波束形成性能明显由于同条件下的声压水听器阵,但其空间分辨力依然受阵列物理空间的限制。已经有人研究了矢量水听器阵的高分辨谱估计方法（MUSIC算法）,但属于对阵元域信号进行的直接处理,运算量较大。提出一种基于矢量水听器阵的波束域MUSIC算法（BMUSIC）。该算法首先将矢量水听器阵元的空间数据转换到波束空间,然后对转换后的数据再运用MUSIC算法。不但实现了降维处理,减小了运算量,而且可进一步抑制扫描扇面外的噪声。对BMUSIC算法进行了仿真并与常规MUSIC算法进行了比较。结果表明,该方法可得到与阵元域MUSIC算法相当的方位分辨力。     

基于蚁群优化算法的非均匀子阵划分技术

对于大型阵列天线应用于空域抗干扰系统中,为了降低硬件成本和减少计算复杂度,一般通过子阵划分技术将整个阵列划分为若干子阵,子阵内部采用模拟波束形成,子阵间采用数字自适应波束形成;由于均匀划分方法的波束形成方向图中存在栅零点,提出一种基于蚁群算法的非均匀子阵划分技术,将阵列最大输出信干噪比作为适应度函数,应用了概率计算与轮盘赌相结合的路径规划方法;结合信息素初始浓度和启发式信息范围,设计了新的适应度函数值与信息素更新的转换关系;最后对所提算法进行仿真,结果表明在不同规模、不同输入干噪比、不同期望信号扫描角度下,所提算法在输出信干噪比上优于均匀划分方法,且没有栅零点产生,与全阵元的自适应波束形成方向图、输出信干噪比相近,验证了该方法的有效性。     

基于二次组阵的低旁瓣波束形成的修正算法

为了有效降低阵列波束中的旁瓣,抑制旁瓣区域的干扰信号,提出一种基于二次组阵的低旁瓣波束形成的修正算法。理论分析与计算机仿真结果表明,该方法与常规LCMV方法相比,既能深度抑制干扰信号,又能有效地降低方向图中的旁瓣水平,大大提高了系统的抗干扰能力。     

基于最陡下降的稳健LCMV波束形成算法

针对期望信号假定导向矢量与真实导向矢量存在误差时,常规LCMV算法性能急剧下降,提出了一种针对指向误差、阵元位置误差和相位误差的基于最陡下降的稳健LCMV波束形成方法。利用最陡下降法递归搜索最优权矢量和约束导向矢量,避免了常规LCMV算法的矩阵求逆运算和变对角加载时的特征值分解,所需运算量大大降低;又因不属于对角加载,不存在加载值确定问题。仿真结果表明,新方法对期望信号导向矢量的各种误差有很好的稳健性。     

基于子矩阵波束形成输出直流响应加权的目标检测方法

针对同一单频带内未知目标检测中强、弱目标不能同时被检测问题,依据不同子矩阵波束形成输出直流响应值不同,提出一种基于子矩阵波束形成输出直流响应加权的目标检测方法。首先,利用特征分析技术对线列阵接收数据协方差矩阵进行特征分解;然后,对各特征向量进行共轭相乘得到相应子矩阵,并对子矩阵进行波束形成,利用各子矩阵波束形成输出直流响应值的差异形成加权因子;最后,利用该加权因子对各子矩阵波束形成输出结果进行加权统计得到最终合成结果,提升弱目标子矩阵波束形成输出结果在最终合成结果的比重,实现对同一单频带内未知目标的有效检测。理论分析、数值仿真和实测数据处理结果均证明了,在仿真条件下,相比常规波束形成和常规子空间重构法,所提方法使弱目标子矩阵波束形成输出结果在最终合成结果的比重由0.09%变为45.36%,降低了背景噪声和强目标对未知目标检测的影响,减小了目标间输出直流响应值的差异,改善了对同一单频带内未知目标的检测性能。     

基于遗传算法的均匀子阵数字多波束形成研究

现代雷达系统一般采用子阵的形式减少通道数,均匀划分的子阵有利于减小微波网络的实现难度,但形成多波束时会出现栅瓣。为此提出一种基于遗传算法搜索权值,包括阵元权和通道权形成多波束,以降低栅瓣,改善多波束性能。仿真实验表明,该方法是有效可行的。     

一种简化特征空间稳健自适应波束形成算法*

在基于特征空间(ESB)的自适应波束形成算法中,针对当指向误差落在波束主瓣的边缘特定角度时,输出信干噪比下降,且信号子空间需要进行费时的特征值分解的问题,提出了改进线性约束最小方差(LCMV)算法。在假定的期望信号方向附近减少一个方向性约束条件,并基于信号特征值大于噪声特征值的这一特性, 利用空间协方差矩阵逆的高阶次幂来逼近信号子空间,无须特征分解,将求得的权矢量向改进的信号子空间投影。该方法能够大大减少计算量,同时还显著提高了自适应波束形成稳健性。通过仿真分析及结果比较验证了算法的正确性和有效性,因此从     

稳键的自适应空间波束形成语音增强算法研究

为了进一步改善波束形成的降噪性能,研究了一种稳键后置滤波自适应空间波束形成算法.用麦克风代替传统波束形成器的延时抽头线,使所有的麦克风都有一阶的滤波器,利用经典的线性约束最小方差准则使空间波束形成产生语音参考信号,同阻塞矩阵输出的噪声参考信号一起经自适应多路相消器,从而有效的消除干扰噪声;最后结合后置滤波技术进一步改善语音质量.实验结果表明,相对于传统后置滤波自适应波束形成算法,在消噪性能上有明显的改善且具有更高的输出信噪比.     

一种改进的智能天线盲波束形成算法*

将空分多址技术引入无线通信系统中,针对无线电信号普遍具有的循环平稳特性,提出了非线性条件下的改进盲波束形成算法。通过对算法的权向量进行再次优化,改善了方向图零陷的位置和深度,提高了输出SINR。优化算法的输出SINR对导引向量随机误差具有稳健性,对期望信号的功率变化表现出不敏感的特性,算法具有很好的理论价值以及应用前景。理论分析与计算机仿真实验都证明了算法的有效性。     

Wideband beamforming for multipath signals based on frequency invariant transformation

It is well known that the performance of conventional adaptive beamformers degrades severely due to the presence of coherent or correlated interferences(multipath propagation) and various techniques have been developed to improve the performance of the beamformer.However,most of the work in the past has been focused on the narrowband case.In this paper,the wideband beamforming problem in the presence of multipath signals is addressed,with a novel approach proposed by employing a pre-processing stage based on the frequency invariant beamforming(FIB) technique.In this approach,the received wideband array signals are first processed by an FIB network,and then a traditional narrowband adaptive beamformer or an appropriate instantaneous blind source separation(BSS) algorithm can be applied to the network outputs.It is shown that with the proposed structure,cancellation of the desired signal is reduced,leading to a significantly improved output signal to interference plus noise ratio(SINR).     

基于蜂群算法任意平面阵最大信干噪比研究

针对复杂战场环境下超短波电台天线接收低信噪比信号能力弱和易受定向干扰的缺陷,结合战场超短波电台不规则分布和位置不能任意改变的特点,提出任意结构天线阵信号接收模型,采用蜂群算法优化阵元相位使得天线阵输出信干噪比最大。假设信噪比为0 dB,干噪比为60 dB,且在平面内随机选取8个阵元,采用蜂群算法优化后输出信干噪比为8.633 dB。与改进差分进化算法、遗传算法和粒子群优化算法相比,分别提高了0.577 dB、1.124 dB和1.543 dB。研究成果可为超短波电台组阵通信提供参考。     

稳健的全阵波束形成方法

由于相干干扰和角度估计误差影响波束形成性能,对此提出一种稳健的波束形成方法。采用加权空间平滑算法去除相干性;对期望信号施加约束,保证一定角度估计误差范围内算法的稳健性;进行全阵波束形成变换,避免阵列孔径损失。仿真结果表明,在相干干扰环境中,该算法的方向图在期望信号方向有明显主瓣,有利于接收期望信号;在一定的角度估计误差范围内,该算法可保持比较高的且比较平坦的输出信干噪比;随着输入信噪比的增加,输出信干噪比几乎线性增大。     

基于干扰消除的MIMO-OTFS系统信号检测研究

高迁移率条件下正交时频空间(OTFS)调制技术的性能优于正交频分复用(OFDM),而在常规的多输入多输出系统(MIMO)信号检测中,基于干扰消除信号检测技术的复杂度较大.针对此缺点,提出了一种改进的基于信干噪比(SINR)排序的信号检测算法.该算法先算出每一层信号的信干噪比,然后利用信息传递(MP)检测技术检测出每一层信号并通过干扰消除检测出全部信号.最后通过仿真对算法进行了验证,结果表明改进后的算法具有更好的性能.     

一种基于酉变换的修正ESB波束形成算法仿真

为了减小基于特征空间（ESB）自适应波束形成算法的运算量并提高小快拍数条件下的自适应波束形成性能,该文提出了一种基于酉变换的修正ESB自适应波束形成算法。该算法利用酉变换将复协方差矩阵转换为实矩阵,然后对其求逆和特征分解进行自适应波束形成,因此其运算量比ESB自适应波束形成算法小得多。由于计算变换后的矩阵的过程具有前后向平均的效果,相当于快拍数加倍,从而可提高小快拍数时波束形成的性能,增大输出信干噪比。算法在智能天线中的仿真结果表明,该算法具有比ESB算法更优的性能。     

一种空时联合的自适应波束形成算法

为了进一步提高传统最优空时滤波算法的性能,提出了一种新的空时联合的自适应波束形成算法。在给出算法的信号模型和算法原理的基础上,详细地阐述了该算法实现空时联合自适应滤波的机理,然后利用计算机仿真较全面地分析和比较了算法的性能。理论分析和仿真结果表明,该算法在提高输出信干噪比和削弱指向误差影响等方面明显优于传统的最优空时滤波方法。     

自适应对角加载在波束形成中的仿真研究*

当阵列误差存在时,Capon波束形成算法性能会急剧下降,特别是阵列输出信干噪比(Signal  to Interference plus Noise Ratio, SINR)。对角加载可以减弱小特征值对应的噪声波束的影响,能有效改善阵列性能及方向图畸变,但加载值的确定是一个较为困难的问题。本文算法根据加载值和采样协方差矩阵间的关系确定加载值,能自适应的根据采样数据确定加载值,在小快拍数和阵列误差存在情况下仍具有良好的鲁棒性,明显改善了阵列性能并减小了方向图畸变,且使零陷准确对准干扰方向。计算机仿真结果证实了此算法的鲁棒性。