基于空时频输出矩阵的盲波束形成算法

针对现有的卷积盲源分离方法（如时频分析方法）在宽带信号的分析中计算量较大的问题,提出一种在分数阶傅里叶域滤波基础上的盲波束形成算法。算法首先对接收到的信号作分数阶傅里叶域的峰值滤波,然后计算空时频输出矩阵,最后提出一种信号来向未知的空间盲波束形成算法。该算法充分利用线性调频信号在分数阶傅里叶域能量聚集的特性提高输出信噪比,并减少了运算量。仿真结果表明,算法能够实现宽带信号的盲源分离,且输出性能较之时频方法有一定提高。     

一种分解迭代二阶锥规划鲁棒自适应波束形成算法

为有效克服导向矢量大失配误差对自适应波束形成器的影响,该文提出了一种最差性能最优的分解迭代鲁棒自适应波束形成算法。该算法对非凸的幅度响应约束问题进行分解处理,将问题转化为迭代的二阶锥规划问题,从而可对鲁棒响应区的波束宽度和纹波水平进行自由控制,并可得到较高的输出信干噪比。此外,与现有大部分该类鲁棒波束形成方法相比,提出的算法直接对权矢量进行优化,无需使用谱分解算法,避免了阵列结构的限制,可适用于任意阵形。仿真结果验证了算法的正确性和有效性。     

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。     

MIMO雷达迭代鲁棒Capon波束形成算法

针对现有的MIMO雷达波束形成算法在联合导向矢量失配较大时,输出信噪比性能严重下降的问题,提出了一种用于MIMO雷达的迭代鲁棒Capon波束形成算法。首先,结合MIMO雷达收发两端的结构特点,对失配误差模型进行了理论分析,从而指出大不确定集算法的局限性。然后提出利用小不确定集可以解决误差失配较大的情形,依据迭代思想对导向矢量期望值估计进行求解,由满足的迭代条件确保联合导向矢量更准确。仿真结果表明,该算法对联合导向矢量失配误差具有鲁棒性,输出信噪比性能最优。     

WCDMA中一种利用查表LMS算法的自适应阵

本文针对WCDMA中上行链路存在导频信道的特点,并结合变步长LMS算法的优点,提出了一种查表LMS波束形成算法。该算法利用导频信号作为空间波束形成的参考信号,把误差范围和相应的步长存储到列表中,在进行波束形成时所要采用的迭代步长直接在列表中查取。该算法的实现复杂度低,收敛速度快,运算量小。     

基于压缩感知的相关干涉仪测向算法

针对相关干涉仪测向系统,提出了一种基于压缩感知的测向算法.该算法将相关干涉仪的测量矢量分解为以测向数据库为基底的含有噪声的稀疏表示,采用再加权的l₁范数凸优化算法,迭代更新加权矢量,以逼近最优的l₀范数.所提算法和传统的计算相关系数最大值方法相比,额外利用了辐射源信号在空域上的稀疏性,可以对同频多信号进行测向.采用计算机仿真对所提算法的性能进行了验证.     

宽带恒定束宽盲波束形成算法

针对传统盲源分离算法对宽带阵列信号适用性较差的问题,提出一种基于时频分析的宽带恒定束宽盲波束形成算法。该算法首先将接收信号变换到时频域上并提取出单源点。然后,对单源点聚类并求解信号在不同频点上的导向矢量。最后,通过提出一种信号来向未知的空间响应变化约束方法,实现宽带恒定束宽盲波束形成。该算法避免了将宽带盲波束形成转换为卷积混合的盲源分离,因而不存在时域盲源分离算法中系统参数随滤波器阶数急剧增加的问题,也不存在频域算法中排序和幅度模糊的问题。仿真结果表明,算法能够较好地实现宽带信号的盲分离,且输出信干噪比高于时域、频域以及时频域盲源分离算法,实测数据的处理结果验证了该算法的实用性。      

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。     

基于过完备结构字典的跳频信号稀疏分解

过完备字典下的信号稀疏分解能够充分利用信号的结构特征,具有更好的稀疏分解性能。主要研究了跳频信号在过完备字典下的稀疏分解,提出了过完备结构字典下的跳频信号稀疏分解方法。利用跳频信号固有的结构特性,构造更加接近跳频信号结构特征的过完备字典,并采用FFT改进的匹配追踪算法对跳频信号进行稀疏分解。仿真结果表明该方法在分解效果和分解所需时间方面都有很大改善。     

一种稳健的稀疏Capon波束形成算法

常规Capon波束形成算法具有相对较高的旁瓣增益,且在期望信号导向矢量存在失配时,阵列输出性能下降甚至失效。为解决这一问题,引入了稀疏约束Capon波束形成算法,该算法降低了旁瓣,对期望信号来向不确定具有一定稳健性,但在幅相误差、期望信号指向偏差等多种误差同时存在的情况下其性能下降。本文在稀疏约束Capon波束形成算法基础上,给出了一种稳健的稀疏Capon波束形成算法。该算法主要是在最差性能最优化的情况下,在稀疏Capon上增加了一个导向矢量存在偏差的约束条件。通过计算机仿真,验证了新算法在多种误差环境下的有效性与优越性。     

干扰条件下MIMO雷达收发联合方向图优化设计

针对干扰条件下MIMO雷达面临的信号截获以及干扰源快速移动等问题,对雷达收发方向图进行优化设计。在发射端利用最小积分旁瓣准则对发射波束矩阵进行优化,将发射信号能量集中到目标空域,降低旁瓣并在干扰方向形成发射零陷;在接收端利用广义对角加载方法优化接收方向图,在提高信号接收稳健性的同时展宽零陷。通过对MIMO雷达收发方向图进行联合优化设计,解决了信号被截获及快速移动的有源干扰等问题,从收发两端共同提高雷达整体性能。通过实验仿真对比分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

l0-范数约束的稀疏多径信道分数间隔双模式盲均衡算法

针对深衰落稀疏多径信道下多进制相移键控（Multiple Phase Shift Keying,MPSK）信号的盲均衡问题,提出了一种l₀-范数约束的分数间隔稀疏自适应双模式盲均衡算法.该算法借鉴传统的分数间隔双模式盲均衡算法思想,结合稀疏自适应滤波理论,首先利用l₀-范数对均衡器抽头系数进行稀疏性约束,构造出一种l₀-范数约束的分数间隔双模式最小均方误差代价函数,然后依据梯度下降法推导出盲均衡器抽头系数更新公式,并对迭代步长进行归一化和比例系数化.理论分析和仿真实验表明,与基于门限稀疏化的盲均衡算法、基于分数阶范数的盲均衡算法及分数间隔双模式盲均衡算法相比,本文所提算法在保证较快收敛速度的前提下,能有效降低剩余符号间干扰.本文设计的盲均衡算法为水声通信系统中接收方恢复出发送信号,提供了一种快速有效的方法.     

Wideband Blind Source Separation Algorithm Based on Beamforming

As the problem of array mixing model of wideband signals cannot be solved by conventional blind source separation algorithms, an improved algorithm based on beamforming is proposed in this paper. First, the received signals are transformed into time–frequency domain, and the delays of source signals are estimated. Then, the received signals are compensated with the estimated delay in frequency domain. Finally, the desired signal is acquired by using Frost wideband beamforming algorithm. Due to adopting the new methods of single source point extraction and delay estimation, the complexity of the proposed algorithm is reduced. Pre-steering delay is used in frequency domain to eliminate the compensation error when the delay is not an integer multiple of the sampling interval, which improves the separation performance significantly. The simulation results show that the proposed algorithm can adequately solve the problem of delay mismatch and achieve wideband blind source separation effectively. The existing algorithms are mostly fail for frequency hopping signals when there are numerous overlapping time–frequency points. In this case, the proposed algorithm still has good separation performance.

     

一种强鲁棒性的盲分离混合矩阵估计方法

针对传统盲分离混合矩阵估计鲁棒性差、易受初始值影响、精度不高等问题,该文将人工蜂群算法(ABC)用到盲分离中,结合稀疏信号混合矩阵估计的特点,提出一种基于不同搜索策略和编码方式的两阶段蜂群算法的混合矩阵估计方法,通过新的蜜蜂搜索行为和子蜂群之间的协同作业,明显加快了算法的收敛速度,提高了混合矩阵的估计精度。仿真实验表明,该方法在源个数较多、弱稀疏、低信噪比的情况下仍然可以很好地估计混合矩阵。相比已有方法,该方法不仅具有很强的鲁棒性和很高的估计精度,而且不需要太大的计算量。     

基于自适应拟牛顿法的CDMA天线阵列波束形成

针对于CDMA系统自适应天线阵列,提出了一种新的盲自适应MSINR(Maximum Signal-to-Interference plus noise ratio)波束形成算法.首先,将MSINR准则转化为一种新的无约束损失函数,并且从理论上分析该损失函数的性质.然后,应用自适应拟牛顿方法得到在线迭代波束形成算法.该算法无需训练序,而是利用CDMA信号自身的结构特点,结合空间处理提高了系统性能.最后,给出了仿真结果,表明算法具有较快的收敛速度和良好的动态跟踪能力.     

l0-范数约束的稀疏多径信道RLS常模盲均衡算法

针对稀疏多径信道下MPSK信号的快速盲均衡问题,提出了一种l0-范数约束的递归最小二乘常模盲均衡算法.该算法借鉴传统的递归最小二乘常模盲均衡算法思想,结合稀疏自适应滤波理论,首先利用l0-范数对均衡器抽头系数进行稀疏性约束,构造出一种l0-范数约束的加权最小二乘误差代价函数,然后依据递归最小二乘算法推导出均衡器抽头系数更新公式.该算法发挥递归最小二乘常模算法收敛速度快的优势,并对幅度极小系数附加零点吸引调整,从而实现不同幅度抽头系数的快速收敛.理论分析与仿真结果表明,与现有算法相比,该算法在保证较低剩余符号间干扰的前提下,能有效提高均衡器的收敛速度.     

一种车载毫米波FMCW MIMO雷达快速成像方法

针对车载毫米波FMCW MIMO雷达现有的常规波束形成算法的旁瓣效应造成的方位向分辨率低以及高分辨算法的工程实时性低的问题,提出了一种迭代自适应算法（IAA）高分辨成像的快速实现方法。该方法首先利用快速傅里叶变换（FFT）获取目标一维距离像,然后对每一距离单元利用FFT算子和Gohberg-Semencul（GS）因子分解计算迭代自适应算法（IAA）的数据协方差矩阵和其逆矩阵,利用快速Toeplitz矩阵向量乘法计算IAA迭代值,从整体上提升了IAA估计各角度散射系数的实时性。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于压缩感知的自适应数字波束形成算法

该文根据目标在空间的稀疏性,提出了接收端的基于压缩感知理论的自适应数字波束形成算法.在阵元稀布的情况下,用压缩感知的压缩采样理论,恢复出缺失通道的回波信息,然后用恢复的信号做数字波束形成.该算法所形成的波束具有波束旁瓣低,指向误差小,干扰方向零陷深,而且没有栅瓣等优点,波束性能接近满阵时候的波束性能,而且使用该方法减少的阵元数远远大于其他稀布阵方法减少的阵元数.采用蒙特卡罗方法对该方法进行了性能评估,给出了不同信噪比、不同干噪比、不同快拍情况下的计算结果,仿真结果也验证了该算法的正确性.     

基于稀疏最小二乘支持向量回归的非线性自适应波束形成

该文基于最小二乘支持向量回归(LS-SVR)模型提出一种非线性自适应波束形成算法,以提高模型失配、小样本数、复杂多干扰等情况下的自适应波束形成器的鲁棒性。推导了高维矩阵逆矩阵求解的递推快速算法,实现了回归参数的实时求解。采用奇异性准则实时寻找输入样本集的具有较小信息冗余度的子集,并在该子集上完成波束形成计算,使得LS-SVR波束形成的求解得以稀疏化,提高了学习效率,降低了计算复杂度与系统存储空间需求。对比仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性。