平面阵低旁瓣波束形成方法研究

针对实际应用中需要降低旁瓣电平的问题,对阵元数目为324的均匀平面阵列进行波束形成仿真,分析比较了基于LCMV算法的2种低旁瓣波束形成方法的仿真结果。仿真结果表明,2种方法都能够有效地降低旁瓣电平,提高主瓣和副瓣最大电平之比。在主瓣和副瓣最大电平之比相同的情况下,权值迭代方法与协方差矩阵迭代方法相比具有更大的波束增益。在迭代次数相同的情况下,协方差迭代方法具有更高的主瓣和副瓣最大电平之比。     

一种低副瓣稳健自适应波束算法

本文提出一种新型低副瓣自适应波束形成算法,解决了传统自适应波束形成器在干扰和高信噪环境下算法性能急剧下降的问题,并降低了快拍数对算法稳健性的影响。该算法基于标准Capon波束形成器,利用消除空域噪声的方法提高期望矢量的重估精度,并结合功率估计算法重构出干扰噪声协方差矩阵;然后使用特征干扰相消算法二次重构噪声协方差矩阵得到最优权值,增强算法在低样拍下的稳定性;最后对最优权值进行切比雪夫加权和二次约束实现了零陷加宽。仿真实验结果表明：新算法计算量小,旁瓣电平低,降低了在干扰运动和导向矢量失配时快拍数和信噪比对性能的影响。     

一种稳健自适应多波束形成算法

在快拍数较少且多个输入期望信号功率差异较大的情况下,针对多数自适应多波束形成算法难以同时保持强弱期望信号波束稳健性的问题,文中联合子空间变换技术以及对角加载技术对协方差矩阵进行重构,提出了一种基于协方差矩阵重构的稳健自适应多波束形成算法。该算法不仅能够在快拍数较少且多个期望信号功率差异较大情况下同时保持各波束主波束无畸变,而且能够保持各波束零陷的稳健性。最后,通过波束图对比仿真实验分析验证了重构协方差矩阵对强弱期望信号波束主瓣与零陷稳健性的提升,并且通过输出信干噪比对比实验证明了文中提出的自适应多波束形成算法抗干扰性能更优。      

一种低快拍情况下零陷展宽波束形成算法

针对低快拍条件下自适应波束形成零陷展宽深度变浅和主瓣变宽的问题,提出了一种低快拍情况下零陷展宽波束形成算法。该算法基于信号子空间和噪声子空间的正交性原理,利用Capon谱估计器构造相关矩阵,得到投影变换矩阵用以处理原协方差矩阵,并引入虚拟天线技术增加阵列天线自由度来提高阵列分辨率,最后对改进的协方差矩阵进行前后项平均。由于变换后的矩阵具有前后项平均的效果,相当于快拍数加倍,可以提高低快拍数时零陷展宽波束形成性能,增大输出信干噪比。仿真结果表明,该算法具有有效性和优越性。     

修正主模抑制稳健自适应波束形成算法

针对自适应波束形成器在少快拍和波束指向角度失配情况下性能严重下降的问题,该文提出一种基于修正协方差矩阵的稳健主模抑制算法。算法提出利用修正协方差矩阵估计主模成分,进而重构出数据协方差矩阵,同时利用其特征向量向期望信号导引向量的投影来确定信号子空间维数。为提高算法在低信噪比情况下的性能,提出利用信号区域积分得到正定矩阵,以其主特征向量对信号子空间进行扩充,再将导引向量向信号子空间进行投影得到修正的导引向量。最终利用重构协方差矩阵及修正导引向量得到最优权值。理论分析和仿真实验验证了所提算法的有效性和稳健性。     

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.     

MIMO雷达波束形成的低副瓣LCMV算法

针对大口径稀布MIMO雷达副瓣抬高和抗干扰性能劣化的问题,本文提出一种改进的线性约束最小方差（LCMV）波束形成算法。通过密集虚拟干扰构造低副瓣权,并采用修正约束的LCMV算法形成零陷。修正后的约束条件使得方向图达到在指定区域形成零陷,而在非指定区域保持低副瓣的效果。该算法在保持低副瓣电平的同时还能有效抑制干扰,特别是在低系统自由度的条件下能有效解决MIMO雷达方向图低副瓣和远区杂波干扰问题。仿真结果验证了所提算法的有效性。      

一种相干信号自适应波束形成零陷展宽算法

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,提出了一种相干信号自适应波束形成零陷展宽算法。首先,对接收数据协方差矩阵进行解相干处理得到Toeplitz矩阵;其次,对协方差矩阵进行重构和优化;最后,进行零陷展宽和对角加载处理。仿真结果表明：该算法不仅能对相干干扰自适应形成宽零陷,而且可以灵活地控制零陷的深度和宽度;与Mailloux算法相比,在输入信噪比较高的情况下,该算法能得到更低的波束旁瓣电平和更高的输出信干噪比     

基于SVD和罚函数约束的子阵级方向图控制

对于子阵级自适应波束形成中旁瓣电平较高的问题,提出一种基于奇异值分解和罚函数约束(SVDPFC)的子阵级自适应方向图控制算法。该算法通过对输入数据进行奇异值分解,得到干扰子空间和噪声子空间,通过干扰子空间修正约束矩阵和约束响应矢量,可在小快拍情况下有效抑制干扰,同时结合罚函数对自适应方向图约束,使其逼近期望静态方向图。该算法具有良好的副瓣特性,提高了小快拍情况下输出的信干噪比,仿真实验证明了该算法的可行性和有效性。     

基于BMP及CMR的抗主瓣干扰算法研究

瓣干扰算法。通过分析阻塞矩阵预处理后数据特征值的变化情况,修正预处理导致的过处理现象,从而重构协方差矩阵,该算法适用于阻塞矩阵预处理导致的自由度损失的情况,能够解决由于预处理导致的主瓣波峰偏移等失真问题,同时算法复杂度较低。该算法最大的优点是当采样快拍包含目标信号时,其抗干扰性能较好,快拍敏感度相比常规的波束保形方法更低,经实测数据验证,结果显示出该算法的优越性。     

导向矢量和协方差矩阵联合迭代估计的稳健波束形成算法

针对自适应波束形成器在目标导向矢量存在约束偏差时性能急剧下降的问题,该文提出一种目标导向矢量和干扰噪声协方差矩阵联合迭代估计的稳健波束形成算法。该算法首先采用稀疏重构的方法得到目标导向矢量的初始值,并通过从采样协方差矩阵中剔除目标信号估计值完成干扰加噪声协方差矩阵的初始化;然后在建立导向矢量误差优化模型的基础上,采用凸优化方法对目标导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵联合迭代求解。最后利用目标导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵的稳态估计值获得自适应权矢量。仿真结果表明该算法提高了波束形成器在目标导向矢量约束偏差时的输出信干噪比。     

一种零陷展宽稳健旁瓣相消算法

受到实际条件的限制,自适应旁瓣相消器通常不可能频繁地更新自适应权值,使得其在对抗空域非平稳干扰时,会出现权值失配现象,严重影响干扰抑制性能。该文从空域密集干扰产生宽零陷的角度出发,提出一种适用于自适应旁瓣相消器的零陷展宽算法。该算法通过对主通道的合成权值和辅助天线间的协方差矩阵同时进行锥削实现零陷展宽,锥削向量和锥削矩阵只与阵元位置和展宽宽度有关,可以离线计算,在线直接调用,实现简单,适合工程实际使用。仿真实验证明,该文方法可以有效展宽自适应零陷,增强自适应旁瓣相消器对抗空域非平稳干扰时的稳健性。     

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。     

一种样本污染且快拍数有限情况下的稳健的波束形成方法

样本污染情况下,期望信号方向上也可能形成零陷,导致输出信号干扰噪声比严重下降;快拍数有限情况下,假设的白噪声表现为色噪声,从而加剧了自适应波束形成畸变。基于此,该文从采样协方差矩阵特征值分析出发,提出了一种自适应修正方法,相当于对采样协方差矩阵进行扰动,从而提高了波束形成的性能和稳健性。性能分析和计算机仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于二阶锥规划的相干信号深零陷自适应波束形成

针对常规自适应波束形成算法在强相干干扰情况下零陷深度不够、甚至干扰抑制失效的问题,提出了一种基于二阶锥规划的相干信号深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,使其包含信号和干扰的所有方位信息。然后重构了干扰加噪声协方差矩阵。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。仿真结果验证了该算法的有效性。     

脉冲噪声下加权稀疏约束稳健波束形成方法

针对脉冲噪声下现有稀疏约束波束形成方法,对不同角度信号施加相同稀疏约束而带来干扰抑制能力有限的问题,本文提出了一种干扰抑制能力更优的加权稀疏约束稳健波束形成方法。该方法首先利用波束方向图的稀疏特性,在最小散度无畸变响应波束形成的目标函数中加入波束方向图l1范数约束;然后采用基于无穷范数归一化方法对阵列接收到的所有快拍信号做自适应预处理,以使预处理后的阵列接收信号协方差矩阵有限;最后运用传统的基于协方差矩阵特征分解的子空间法构造加权矩阵并应用到稀疏约束项中,使得波束方向图中不同角度的信号得到不同程度的约束。实验仿真表明,所提出方法不仅保持相对较低的旁瓣增益,而且显著加深了干扰方向的零陷,提高了输出信干噪比。      

Robust adaptive beamforming based on the eigenstructure method

In a linearly constrained beamformer with imperfect arrays, the authors investigate the cause of cancelling the desired signal from a viewpoint based on the eigenstructure properties of the array covariance matrix. Based on this cause, they propose a robust beamforming algorithm. As an adaptive algorithm of the proposed beamformer, the present a data-domain signal subspace updating algorithm     

基于压缩感知的单通道鲁棒自适应波束形成算法

针对在低快拍以及导向矢量存在误差等情况下自适应波束形成鲁棒性下降的问题,该文提出一种基于压缩感知(CS)的单通道鲁棒波束形成算法。首先提出一种新的单通道阵列体制,建立阵列信号压缩感知模型,并验证其感知矩阵满足约束等容(RIP)条件,在此基础上,采用快速的鲁棒平滑L0(RSL0)算法重构信号干扰矩阵,最后以表征阵列鲁棒性的阵列灵敏度作为目标函数,以干扰矩阵作为约束条件,形成有效波束。计算机仿真表明算法只需一个射频通道,即可在低快拍下有效抑制相干、非相干干扰信号,并可避免因通道间不一致造成的鲁棒性问题,验证了算法的有效性和优越性。