一种基于降秩变换的ESB改进算法

提出了一种基于降秩变换的ESB改进算法,该方法首先用降秩变换矩阵对阵列接收数据进行降秩变换,利用干扰子空间和修正的期望信号导向矢量来构造降秩变换矩阵,然后进行波束形成.该算法解决了传统的基于特征空间(ESB)自适应波束形成算法方向图副瓣电平较高的问题,并且解决了当阵列协方差矩阵中不含期望信号或期望信号较小时方向图畸变的问题,从而大大提高了抗干扰能力.仿真结果证明,所提出的基于降秩变换的ESB改进算法具有良好的波束形成性能,验证了算法的有效性.     

基于改进PSO的对角加载波束形成算法

当协方差矩阵和导向矢量估计存在误差时,Capon波束形成算法性能急剧下降.对角加载能够提升Capon波束形成算法对误差的鲁棒性,但是最优加载因子的确定是当前的难题.提出一种基于改进粒子群优化(IPSO)算法的对角加载波束形成算法,首先将加载因子与协方差矩阵特征值谱联系起来,利用协方差矩阵特征值谱的分布特性确定最优加载因...     

基于内插阵列变换的非圆信号MUSIC算法

针对非圆信号的波达方向(DOA)估计问题,提出一种基于内插阵列变换的非圆信号MUSIC算法(VIA-NC-MUSIC算法)。利用真实阵列流型与虚拟阵列流型之间的变换矩阵,将真实协方差矩阵变换为虚拟协方差矩阵,再对虚拟协方差矩阵进行奇异值分解(SVD),利用信号子空间与噪声子空间的正交性,得出算法的空间谱函数。仿真实验表明:存在阵元位置误差的情况下,新算法通过对阵元位置校准数据进行内插阵列变换(VIA),取得与阵元位置校准的非圆信号MUSIC算法(NC-MUSIC算法)相当的估计性能,保持了高估计精度、阵列扩展能力等优点。     

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。     

基于干扰位置预测的稳健波束形成方法

高速平台雷达阵列进行自适应波束形成时,干扰方向的快速变化和波束指向误差会导致输出信干噪比的急剧下降.针对上述问题,提出了一种基于干扰位置预测的稳健波束形成方法.该方法首先定义了归一化空间频率,对权值应用时期的干扰位置进行预测,给出零陷范围;然后采用矩阵加权的方式对零陷范围进行低增益约束并保持主瓣区域增益,从而实现干扰抑制,提高波束形成对指向误差的稳健性.仿真实验证明了所提方法的有效性.     

迭代子空间跟踪和结构约束的自适应波束形成算法

自适应波束形成(adaptive beam-forming:ABF)方法通过对阵列数据进行加权处理来获得最大的输出信干噪比,对采样协方差矩阵依赖性较大.在小快拍和通道随机响应误差条件下,采样协方差矩阵的估计值与真实值通常存在较大差异,严重恶化了基于线性约束最小均方误差准则的自适应波束形成方法的干扰抑制性能.针对该问题,本文基于子空间投影类波束形成方法的思想,提出采用迭代子空间跟踪和结构约束的自适应波束形成方法.该方法首先利用clearing技术在训练样本集上依次跟踪主特征矢量并构成信号子空间;然后根据子空间投影类波束形成权矢量的结构特性计算自适应加权矢量.仿真结果表明本文方法能有效提高自适应波束算法的输出信干噪比.     

基于空时二维协方差矩阵修正的波束形成算法

在实际应用环境中,信源和阵列传感器等存在误差,假设期望信号的导向矢量与真实信源导向矢量的失配会导致阵列波束形成器把期望信号当作干扰来加以抑制。针对信号匹配误差导致自适应波束形成性能下降的问题,提出了一种基于空时二维协方差矩阵修正的波束形成算法,利用空时结构对宽带幅相误差校正的特性,对空时二维协方差矩阵进行重构,并对修正协方差矩阵进行特征值分解,分离出信号加干扰子空间,将失配导向矢量投影可使期望信号与噪声子空间严格正交,最后求解算法最优权值。算法有效改善了波束形成的输出信噪比,计算机仿真验证了理论分析的正确性和算法的稳健性。     

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。     

基于神经网络的特征空间波束形成

基于特征空间的波束形成（ESB）算法具有较强的稳健性,但矩阵特征分解产生的运算量较大,所以本文提出将神经网络应用于ESB算法。由于传统的求解特征矢量的神经网络只针对实矩阵,新算法将复信号协方差矩阵进行酉变换转换为实对称矩阵,然后利用神经网络求解信号子空间,进行特征空间波束形成。仿真结果表明本文算法可以提高小快拍数时的波束形成性能,增大输出信干噪比。     

内插阵列变换扩展传播算子算法

扩展传播算子(EPM)算法是首先对数据进行扩展,再利用传播算子(PM)方法进行测向的一种算法,该算法充分利用了非圆信号的特点,分辨力和估计精度优于未充分利用非圆信号信息的经典高分辨算法。但是在实际信号测向中,由于阵元位置误差的存在,算法的估计性能会受到一定的影响。因此提出一种基于内插阵列变换的扩展传播算子(VIA-EPM)算法,该算法利用真实阵列流型与虚拟阵列流型之间的变换矩阵,将真实协方差矩阵变换为虚拟协方差矩阵,再对虚拟协方差矩阵进行分块并得出扩展传播算子,进而得出算法的空间谱函数。仿真实验表明:在存在阵元位置误差的情况下,新算法通过对阵元位置校准数据进行内插阵列变换(VIA),取得与阵元位置校准的EPM算法相当的估计性能,保持了阵列扩展能力以及高估计精度,在低信噪比情况下,基于扩展协方差矩阵的VIA-EPM算法的分辨力以及估计精度均要优于基于扩展数据矩阵的VIA-EPM算法。     

稀疏阵列的FIM波束形成

运用插值技术对等距稀疏阵列进行FIM（傅里叶积分法）波束形成处理,不仅有效地增加了阵元数目,而且解决了等距稀疏阵列因阵元间距大于半波长而引起的信号角度模糊问题,同时采用FIM波束形成技术提高了指向性性能和抑制相关干扰噪声性能。通过对插值技术和FIM波束形成技术的研究,给出了设计虚拟阵列的计算步骤。通过对仿真数据和实测声呐海试数据进行处理证实了该方法的有效性。     

改进的波束成型遗传算法对宽角度干扰的抑制

将遗传算法应用于一维线性天线阵的波束成型,研究了该算法对宽角度干扰的抑制性能。提出了一种改进的二进制编码方法,引入若干参数用以方便地控制了解的精度和搜索空间。仿真结果表明,该算法可以有效地抑制宽角度范围的强干扰信号,收敛速度快,抑制深度可达30dB。与已发表的文献比,该算法得到了更好的干扰抑制效果。     

基于粒子群优化的数字波束形成算法

波束形成的加权系数求解是一个优化过程,现有算法大多经过多次迭代,计算量大,实现复杂。为降低波束形成算法复杂度,将粒子群优化原理应用于数字波束形成中,提出了基于粒子群优化的自适应数字波束形成算法。该算法将每一组权值作为一个粒子,将阵列加权和的输出信号与干扰噪声比(SINR)作为适应度函数,通过比较各个粒子的适应度值,进行迭代搜索得到最优解。该算法可使天线阵在主波束对准有用信号,同时能有效抑制两个以上的干扰,且对阵列通道误差有较好的稳健性。计算机仿真验证了算法的有效性。     

共轭虚拟阵列波束形成方法

根据MASK、BPSK和AM等非圆信号的实值特性,利用实际阵列接收信号的共轭将阵列向外扩展,提出一种适用于均匀线阵的共轭虚拟阵列波束形成方法,并对其自适应波束性能进行了分析和改进,在此基础上提出一种快速实现方法.该虚拟阵列的构造方式能同时保留时间信息和方位信息,用于自适应波束形成中,可以改善波束图形状,提高阵列增益,对...     

基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健自适应波束形成

实际应用中, 当假定的与真实的期望信号导向矢量之间存在一定误差时, 波束形成器的性能会急剧下降, 特别是当期望信号功率很强的时候.为解决这个问题, 提出了一种新的算法.当信源数小于阵元数时, 干扰加噪声协方差矩阵具有稀疏性.新方法首先利用该特性重构干扰加噪声协方差矩阵并由此得到与干扰导向矢量正交的子空间, 使接收的数据通过该子空间得到只含有期望信号和噪声的混合信号, 然后,对该混合信号基于最大化输出功率原理估计期望信号导向矢量, 最后,把得到的导向矢量和正交子空间来构造阵列加权值.仿真结果表明:该算法分别在假定的期望信号导向矢量存在误差、期望信号很强和低快拍数时仍然具有良好的性能.     

Optimal designs of collaborative relay‐assisted multiuser beamforming for cellular systems

With careful calculation of signal forwarding weights, relay nodes can be used to work collaboratively to enhance downlink transmission performance by forming a virtual multiple‐input multiple‐output beamforming system. Although collaborative relay beamforming schemes for single user have been widely investigated for cellular systems in previous literatures, there are few studies on the relay beamforming for multiusers. In this paper, we study the collaborative downlink signal transmission with multiple amplify‐and‐forward relay nodes for multiusers in cellular systems. We propose two new algorithms to determine the beamforming weights with the same objective of minimizing power consumption of the relay nodes. In the first algorithm, we aim to guarantee the received signal‐to‐noise ratio at multiusers for the relay beamforming with orthogonal channels. We prove that the solution obtained by a semidefinite relaxation technology is optimal. In the second algorithm, we propose an iterative algorithm that jointly selects the base station antennas and optimizes the relay beamforming weights to reach the target signal‐to‐interference‐and‐noise ratio at multiusers with nonorthogonal channels. Numerical results validate our theoretical analysis and demonstrate that the proposed optimal schemes can effectively reduce the relay power consumption compared with several other beamforming approaches. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

A Low Complexity Downlink Beamforming Scheme for DS-CDMA System

The downlink capacity of frequency division duplex (FDD) based DS-CDMA system can be improved if multielement antenna array is equipped at the base station. In this paper, a novel two-path downlink beamforming (TPDB) scheme is proposed to reduce multiple access interference as well as providing two-order path diversity in downlink. An analysis model is presented for the capacity evaluation of multirate DS-CDMA system with base station antenna array, and the capacity performance of the TPDB is compared with other schemes based on this model. The comparison results show that the TPDB would be a promising candidate for the downlink transmission if both performance and implementation complexity are considered. Moreover, a simple algorithm is proposed for the steering vector estimation in the TPDB, and the robustness of this estimation algorithm in the presence of fading and interference is also confirmed by computer simulations.     

Improved least mean square algorithm based in satellite multi-beamforming

High-throughput satellites use multi-beam technology to achieve polarization isolation and spatial isolation to reuse frequency resources,resulting in increased traffic capacity,but this presents a higher demand for fast adaptive beamforming algorithms.In order to solve the shortcoming that the convergence rate and steady-state error can not be satisfied simultaneously when using the LMS algorithm,an improved least mean square algorithm was proposed,which used the statistical average gradient update to solve the problem of the formation of beam instability caused by the instantaneous gradient,which can speed up at the beginning of the beamforming and maintain a small error value after the convergence has reached a steady state.The use of 61-element hexagonal array phased array antenna to form a 7-point beam in an environment where high-throughput satellites have a strong rainfall attenuation was considered.The results show that the improved algorithm can greatly improve the convergence speed and obtain better steady state performance under the condition of only a small increase in complexity,which can be applied to high-throughput satellite beamforming technology with severe inter-beam co-channel interference in emergency communication scenarios.     

高角度分辨率的信源分离算法

传统的波束形成算法在期望信号和干扰信号来向相近的情况下性能下降,不能很好地完成信源分离,针对此问题提出了一种高角度分辨率的信源分离算法。首先选取一种适合任意阵型的AR模型预测方法进行阵列扩展,然后利用基于独立分量分析的鲁棒性分离算法完成信号分离,通过结合阵列扩展和盲源分离的优点,本文提出的分离算法在不增加实际阵元数目的前提下具备比原阵列更高的角度分辨率。实际数据测试表明提出的算法能够在9元均匀圆阵上分离方位角来向间隔为0.5度的信号。