一种稳健的低旁瓣波束形成技术

为了更好地抑制来自非期望方向的信号,波束形成器形成较低的旁瓣以抑制干扰。针对传统的最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成器抑制干扰性能不稳健的缺点,提出了一种自适应MVDR波束形成方法。该算法通过对已形成波束图搜索极值点,排序取次大值即最高旁瓣,将其对应方向增加到"零陷"方向组,不断迭代以降低旁瓣级。结合均匀半圆阵所作的计算机仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

反卷积波束形成在主瓣干扰抑制中的应用

干扰抑制可分为旁瓣干扰抑制和主瓣干扰抑制两种。传统的自适应波束形成算法在旁瓣干扰抑制中具有良好的抗干扰性能,但在主瓣干扰抑制中基本失效。针对主瓣存在强干扰的情况,提出一种结合零点约束的反卷积波束形成算法。该方法首先通过反卷积算法获取准确的强干扰方位,然后在干扰方位附近设置零点约束,计算零点约束下的波束输出响应;最后基于Lucy-Richardson迭代实现反卷积处理,对弱目标方位进行估计。仿真结果表明,该算法可对位于主瓣内的干扰进行有效抑制并对弱目标进行方位估计,同时对阵列误差具有较好的鲁棒性。     

稳健的宽带多径干扰抑制波束形成算法

针对传统宽带多径干扰抑制波束形成算法计算量大、稳健性差的问题,提出一种基于均匀直线阵的稳健宽带多径干扰抑制波束形成算法。当期望信号垂直入射时,该算法首先在波束旁瓣区域引入虚拟干扰源构造能量聚焦矩阵,通过主瓣宽度的迭代处理,整体控制输出波束的旁瓣级,将旁瓣区域能量聚焦到主瓣区域,实现多径干扰条件下的宽带波束形成;然后对期望信号和辅助方位角施加相位响应约束,将其扩展至期望信号非垂直入射和存在指向误差的情况,与传统宽带多径干扰抑制波束形成算法相比,在提高算法稳健性的同时大大降低了计算复杂度;最后仿真分析与实际数据验证表明,该算法能够有效的抑制多径干扰,稳健性较好且具有较高的输出信干噪比。      

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。      

子阵平滑对小快拍数下CAB算法的改善

研究了子阵空间平滑自适应阵列方法对CAB算法性能的改进。数字波束形成是DBF雷达实现的关键技术。在诸多数字波束形成算法中，由于CAB算法在较高信干噪比条件下具有较快的收敛速度，因此具有较强的优势。但是该算法在较少的快拍数情况下不能保证在输出SINR收敛并趋向于最优值的同时保持较低的自适应旁瓣电平。因此，采用空间子阵平滑方法并利用子阵级自适应处理结构来等效提高CAB算法的快拍数，从而抑制干扰和噪声。仿真结果证明了该方法的有效性。     

一种稳健的混合范数约束的波束综合算法

在阵列信号处理中为抑制噪声和干扰,一般都要求波束有比较低的旁瓣和零陷,同时,需要具有良好的稳健性。为此,提出了一种新的混合范数约束的波束综合算法。该算法运用稀疏表示方法,对波束的主瓣和旁瓣分别使用不同的范数约束,同时对波束的零点和敏感度因子进行约束,用MATLAB(Matrix Laboratory)的凸优化工具包进行求解。仿真实验表明,设计得到的波束具有更低的旁瓣和零陷,最高旁瓣电平约为-28 dB,而最低零陷深度可达-50 dB;算法求解过程简单,与现有算法相比能够容忍较大的幅相误差,具有良好的稳健性;同时,阵列效率与经典算法相比提高了8 dB左右。     

基于双不确定集约束的稳健宽带波束形成算法

针对传统不确定集约束稳健波束形成算法(S-WCRB)的性能依赖于模约束参数的问题,提出了双不确定集约束的稳健宽带波束形成(D-WCRB)算法.该算法将期望信号导向矢量约束于两个不同参数的球形不确定集中,解决模约束参数选择不当引起SINR性能下降的问题,推导了D-WCRB算法与S-WCRB算法获得不同SINR的必要条件,并讨论了D-WCRB算法中约束参数的选择问题.最后给出的数值仿真结果验证了该算法的有效性.     

基于Olen-Compton的恒定响应宽带波束形成算法

针对宽带信号的波束形成问题,利用Olen和Compton的自适应窄带波束优化设计方法的原理,提出了基于Olen-Compton的恒定响应宽带波束形成算法。该算法利用DFT将宽带信号划分为若干窄带信号,通过在各个窄带信号的主瓣和旁瓣同时增加虚拟干扰,来调节窄带波束,使得当前波束与参考波束整体近似相等,达到恒定束宽的目的。计算机仿真实验结果表明,该算法实现了宽带信号的恒定束宽,达到了宽带波束形成的目的。     

基于空间响应偏差约束的最小二乘宽带波束形成

针对常规最小二乘宽带波束形成中存在波束响应不满足频率不变特性和干扰方向零陷无法控制的问题,提出了一种基于空间响应偏差约束的最小二乘宽带波束形成方法。该方法通过对阵列空间响应在指定的宽频段和方位范围内施加约束,来控制阵列波束响应的频率不变特性,同时增加一系列的线性约束,可以实现旁瓣电平和干扰零陷的灵活控制。在全方位约束和仅主瓣方位约束两种情况下,均能有效改善宽带波束的频率不变性能,并能在干扰方向上准确形成深零陷。仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

旁瓣电平软约束下干扰功率搜索的波束形成

实际中,期望信号或干扰的先验方向信息往往不能精确已知(即存在阵列流形误差),当信噪比超过一定门限时,线性约束自适应波束形成器对阵列流形误差有高敏感性从而导致输出信干噪比下降。为解决上述问题,该文提出一种旁瓣电平软约束条件下搜索人工干扰功率值的波束形成方法。在粗估干扰来波方向的基础上,约束旁瓣最大峰值起伏在一定范围内,采用子空间投影和加宽干扰零陷区的技术提高波束形成器的鲁棒性,通过粗、精两种模式的搜索获得干扰零陷区的注入功率值估计,具有良好的干扰抑制效果和对阵列流形误差不敏感的特性。计算机仿真验证了方法的有效性和鲁棒性。     

Sidelobe Suppression for Robust Beamformer Via the Mixed Norm Constraint

Applying a sparse constraint on the beam pattern has been suggested to suppress the sidelobe of the minimum variance distortionless response (MVDR) beamformer recently. To further improve the performance, we add a mixed norm constraint on the beam pattern. It matches the beam pattern better and encourages dense distribution in mainlobe and sparse distribution in sidelobe. The obtained beamformer has a lower sidelobe level and deeper nulls for interference avoidance than the standard sparse constraint based beamformer. Simulation demonstrates that the SINR gain is considerable for its lower sidelobe level and deeper nulling for interference, while the robustness against the mismatch between the steering angle and the direction of arrival (DOA) of the desired signal, caused by imperfect estimation of DOA, is maintained too.     

Sidelobe suppression for adaptive beamforming with sparse constraint on beam pattern

To suppress the sidelobe level of adaptive beamforming, sparse constraint on beam pattern is added to the conventional minimum variance distortionless response (MVDR) beamformer. The sparse constraint is an Lp-norm which can be explained as a diversity measure to evaluate the sparsity of the beam pattern. The proposed beamformer can not only reduce the sidelobe level, but also increase robustness against the mismatch problem caused by imprecise knowledge of the desired source.     

一种空-频联合最优滤波的被动宽带检测方法

常规宽带能量检测在多目标、强干扰环境下输出信噪比(SNR)降低,检测性能大幅度下降。针对此问题,该文提出一种将子阵导向最小方差(STMV)宽带空域自适应波束形成与频域Eckart滤波结合的空-频联合最优滤波宽带检测方法。该方法首先通过子阵导向最小方差波束形成进行空间自适应处理,利用自适应波束形成的干扰抑制能力在空域实现最优滤波;然后通过最大似然估计实时估计信号和噪声的功率谱,构造Eckart滤波对自适应波束形成的输出分配不同权重进行加权滤波,从而实现频域信噪比最大化。所提方法通过空-频联合最优滤波,降低空域旁瓣干扰和频带内噪声的影响,使得输出信噪比最大,从而有效地改善目标宽带检测能力,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性。     

基于特征子空间的强主瓣干扰抑制方法

当空间中存在大功率主瓣干扰时,传统特征投影类干扰抑制方法存在主瓣峰值偏移、 旁瓣内干扰零陷变浅等问题.针对上述问题,本文提出一种新的基于特征子空间的主瓣干扰抑制方法.首先根据赤池信息准则(AIC)与相关性判别分离主、旁瓣干扰的特征矢量;其次利用特征投影预处理抑制主瓣干扰分量;最后定义新的权矢量赋形方式,在主瓣子空间约束...     

基于谱分析的稳健自适应波束形成算法

针对在导向矢量存在误差情况下,自适应波束形成算法性能下降问题,提出一种基于谱分析的稳健自适应波束形成(SA-RAB)算法。算法利用空域与频域的对称性,根据真实导向矢量与理想导向矢量之间的误差,运用谱分析(SA)技术确定波束主瓣宽度,最后利用二阶锥规划(SOCP)技术在主瓣宽度内形成平顶响应,并在副瓣区域内进行干扰抑制。仿真结果表明:该算法可有效地抑制干扰,并输出理想的信号干扰噪声比(SINR),且提高了波束形成针对导向矢量误差的稳健性,验证了算法的有效性和优越性。     

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     

Broadband Beamforming Using TDL-Form IIR Filters

Conventional broadband beamforming structures make use of finite-impulse-response (FIR) filters in each channel. Large numbers of coefficients are required to retain the desired signal-to-interference-plus-noise-ratio (SINR) performance as the operating bandwidth increases. It has been proven that the optimal frequency-dependent array weighting of broadband beamformers could be better approximated by infinite-impulse-response (IIR) filters. However, some potential problems, such as stability monitoring and sensitivity to quantization errors, of the IIR filters make the implementation of the IIR beamformers difficult. In this paper, new broadband IIR beamformers are proposed to solve these problems. The main contributions of this paper include 1) the Frost-based and generalized sidelobe canceller (GSC)-based broadband beamformers utilizing a kind of tapped-delay-line-form (TDL-form) IIR filters are proposed; 2) the combined recursive Gauss-Newton (RGN) algorithm is designed to compute the feedforward and feedback weights in the Frost-based implementation; and 3) in the GSC-based structure, the unconstrained RGN algorithm is customized for the TDL-form IIR filters in the adaptive beamforming part. Compared with the beamformer using direct-form IIR filters, the new IIR beamformers offer much easier stability monitoring and less sensitivity to the coefficient quantization, while comparable SINR improvement over the conventional FIR beamformer is achieved