强相干干扰下基于二阶锥规划的圆弧阵宽带二维成像

该文针对水下目标2维成像在强相干干扰情况下,目标亮点容易被淹没的问题,以及圆弧阵波束的高旁瓣给图像检测带来较多虚警的缺陷,提出基于二阶锥规划的宽带2维成像优化方法。该方法在对相干干扰抑制的同时,很好地控制了波束的旁瓣。分析了2维成像算法流程中由于时域滑窗导致阵列的接收信号矢量与阵列流形不同,造成二阶锥规划设计的权值与阵列的接收信号矢量失配,旁瓣控制和零陷设计无法满足设计的要求。针对该问题提出利用计算出的滑窗理论阵列的接收信号矢量代替阵列流形来进行二阶锥权值设计的方法,通过改进的二阶锥权值,将波束优化与圆弧阵的2维成像优化相结合。计算机仿真和水池实验都验证了该方法的有效性。     

极化智能天线的二维矢量波束形成方法研究

针对智能天线的匹配接收与干扰抑制等问题,将现有的基于均匀线阵的极化波束形成方法拓展到二维平面阵,提出了一种基于二阶锥规划的二维极化波束形成方法。在二维观测平面内,该方法通过对主瓣区域进行极化匹配设计以提高系统接收增益和主瓣干扰的抑制能力,在旁瓣区域将零陷凹面与极化约束进行叠加设计以最大限度提高干扰抑制能力,并建立最优的矢量波束优化模型,进而转化为两个等价的标量优化问题,可使用二阶锥规划求解。仿真结果表明:相对于现有的均匀线阵极化波束形成方法而言,该方法能够在方位-俯仰的二维平面上实现极化波束的约束优化,包括了主瓣极化匹配、零陷凹面的极化约束,提高了极化波束形成方法的工程实用性。      

二维束宽恒定的二阶锥规划波束形成方法

二阶锥规划作为凸优化理论的一个分支,近些年来已应用于波束形成的研究,但在已有研究中基于均匀线阵的一维波束形成研究得较多,且较少考虑不同指向下的束宽恒定问题。因此,基于矩形平面阵,将二阶锥规划的一维束宽恒定波束形成方法扩展到二维作为主要研究目标,首先采用Dolph-Chebyshev加权方法设计出二维参考波束,再以主瓣逼近和旁瓣最小为约束,引入二阶锥规划方法设计了支持不同俯仰角和方位角指向的二维波束。经仿真分析,所提方法可实现在三维空间中的不同指向下的波束形成,且在俯仰角设定后,在不同方位指向下可实现3 dB束宽较恒定的波束,减少了指向对波束特性的影响,方便于应用。     

一种新的MIMO雷达发射波形设计方法

该文提出一种约束基波束权值动态的MIMO雷达发射波形设计方法。首先,构造一组发射波形集并从理论上推导了阵元发射波形的恒模特性,在此基础之上,将各阵元平均发射功率的均匀性控制问题转化为基波束权值动态的定量约束问题;其次,建立了直接约束权值动态的基波束优化模型,利用切线投影法和区域迭代法将其进行凸松弛,并且给出了二阶锥规划子问题和序列锥迭代流程;最后,利用二阶锥规划设计出了基波束的比例系数。所提方法在保证MIMO雷达发射方向图匹配性能的前提下,能够兼顾阵元发射功率均匀性和发射方向图旁瓣功率的性能,因而在设计发射波形时更具灵活性。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

基于二阶锥规划的非均匀线列阵优化波束形成

针对常规Chebyshev方法只能应用于均匀线列阵恒定旁瓣级优化波束形成的问题,提出基于二阶锥规划的非均匀线列阵恒定旁瓣级优化波束形成方法.该方法根据波束形成器在期望信号方向无失真响应和旁瓣级恒定条件下最小化波束噪声输出功率的准则来设计优化波束形成.这种优化波束形成问题可以通过数学变换转化为标准二阶锥规划形式进行求解.仿真结果表明,通过选取合适的旁瓣约束范围,所提方法对于均匀线列阵和非均匀线列阵均可以取得理想的恒定旁瓣级优化波束形成结果.     

基于迭代二阶锥的唯相位波束形成

唯相位自适应波束形成技术对普通相控阵雷达自适应干扰抑制是非常重要的,在数字阵列雷达中,唯相位技术则可以充分利用各阵元发射模块微波功率从而提高雷达的威力。该文提出了一种新的唯相位波束形成方法,假定初始唯相位权重矢量有个较小的相位扰动,将唯相位模型的目标函数和约束函数在该相位扰动区域内分别用泰勒一阶展开式来近似,则可以将原来的非凸问题转化为凸优化问题,通过二阶锥规划方法(SOCP)求得使当前目标函数最小的扰动矢量,然后更新得到新的权重矢量并代替原来的权重矢量,重复上述迭代过程直到满足停止条件,可以得到满足要求的唯相位权重。计算机仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于二阶锥规划的相干信号自适应波束形成

针对常规自适应波束形成器只能用于非相干信号波束形成这一缺陷,提出了一种基于二阶锥规划的相干信号自适应波束形成方法.首先对接收到的信号的自相关矩阵进行Toeplitz重构,使其秩等于干扰和信号的数目;然后在保证波束形成器对期望信号无失真输出和波束旁瓣级电平低于给定要求值的前提下,使波束输出功率最小化,同时对系数的范数进行约束以保证波束形成器的稳健性;最后将波束形成器的设计问题转化为凸优化中的二阶锥规划问题,用MATLAB中的SeDuMi工具箱进行快速求解;仿真结果和数据分析表明了该方法有效性.     

面向无人机应急通信网络的波束优化设计

针对无人机辅助的多用户-多输入多输出(MU-MIMO)应急通信网络中功耗和电池容量受限的问题,提出一种在功率受限的条件下波束形成的优化设计,以此来最大化系统总传输速率.整体设计分为两部分,首先提出了一种无需迭代即可迅速确定无人机位置的方法,其次考虑到该问题是非凸的,采用一阶泰勒近似将其进行凸逼近,利用二阶锥优化(SOCP)降低计算复杂度,求解最佳的波束形成矢量.仿真结果表明,所提方法适用于多用户通信系统,在仿真过程中虽不能将干扰归零,但通过抑制干扰能够最大化系统总传输速率.     

基于非均匀延时阵列的同时多波束干扰技术研究

为解决现有文献中波束形成方法普遍存在的算法效率低、效果差、难以形成同时多波束干扰,和某些方法不适用于非均匀阵列等缺点,提出了一种基于非均匀延时阵列的同时多波束干扰设计方法.首先,给出了L2范数准则条件下干扰多波束优化设计问题的数学描述,并将其解析形式转化为相应的二阶锥规划形式;其次,给出了一种非均匀延时阵列的设置规则,按照此规则对传统模型中均匀阵列的阵元间距和单位延时进行改进设置;再次,利用现有的原-对偶内点算法工具箱SeDuMi或CVX进行快速有效求解.最后,仿真结果表明,该方法不仅可以较好地解决相应约束条件下,不同频率、不同方向的多个雷达目标的同时多波束干扰优化设计问题,而且其设计结果整体优于均匀阵列下的设计结果.     

基于凸优化的共形阵二维波束优化算法研究

传统波束优化手段应用于共形阵二维波束优化时,存在旁瓣水平高的问题.文中基于凸优化理论,提出了两种适用于共形阵列二维波束旁瓣优化的二阶锥规划方法.第一种是设定主瓣宽度下的最低旁瓣波束形成,第二种是设定期望旁瓣级的高增益等旁瓣波束形成.仿真结果表明相比于常规波束形成和其它波束优化方法,第一种方法在相同主瓣宽度约束条件下可以...     

高低轨频率共存卫星通信系统鲁棒波束成形算法研究

针对静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星系统和低轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星系统频率共享时存在的干扰问题,本文基于低轨分布式卫星编队提出了一种鲁棒自适应波束成形算法,从空间域功率隔离角度解决了高低轨卫星通信系统上行链路共用频谱时GEO用户对于LEO卫星共线干扰...     

Side-lobe constrained beamforming undervirtual expansion of L-shaped array

To reduce the side-lobe level of L-shaped expansion array and improve the output signal to interference and noise ratio (SINR), the algorithm of side-lobe constraint based on minimum variance distortionless response ( MVDR- SC) is proposed. Firstly, the approach of mixing diagonal loading and Mailloux-Zatman (DLMZ) is used to taper the covariance matrix of the expansion array. Then, the second order cone programming ( SOCP) obtained by constructing a new matrix is used to control the beam side-lobe. Finally, the new adaptive weight numbers are constructed by adjusting the proportion between DLMZ and SOCP. Simulation results show that the MVDR-SC algorithm can effectively reduce the side-lobe of beamforming under the L-shaped expansion array and obtain a larger output SINR. At the same time, it has good robustness to the mutual coupling error.     

接收多径相干信号的鲁棒自适应波束形成算法

为有效接收多径相干信号,该文提出一种基于波束主瓣幅度约束的鲁棒自适应波束形成算法。该算法充分利用多径相干信号的来波信息,对接收数据协方差矩阵统计量进行优化,并对多径相干信号波束主瓣进行幅度约束,通过一阶泰勒展开将多径相干信号的优化问题转换为迭代二阶锥规划问题,获得最佳波束形成权矢量。该算法不仅能够有效接收多径相干信号,抑制干扰和噪声,而且能够克服较大导向矢量失配误差,自由控制鲁棒响应区的波束宽度和纹波水平。仿真实验验证了算法的正确性和有效性。      

基于稳健最小二乘的鲁棒波束形成

为解决Capon波束形成器在存在导向矢量失配时的性能急剧下降问题,提出了一种结合广义旁瓣对消器和稳健最小二乘的鲁棒波束形成算法.该算法利用广义旁瓣对消器原理将Capon波束形成器转化为最小二乘问题,然后在数据协方差矩阵误差的范数约束下将其转化为二阶锥规划问题,并利用高效内点法得到最优解.所提出的算法经推导证明属于对角加载类.仿真分析表明,该算法在导向矢量失配和快拍不足时仍具有较好的性能.     

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。     

基于粒子群优化算法的非均匀子阵波束形成技术

基于粒子群优化算法提出了一种非均匀子阵波束形成方法。首先利用粒子群优化算法实现线阵最优非均匀划分;其次在线阵最优划分的基础上扩展到面阵最优非均匀划分;最后在面阵最优非均匀划分的基础上在期望区域内形成任意指向的波束。该方法既可以在期望区域内形成任意指向波束,又充分发挥了子阵级波束形成的优势。仿真结果表明该方法是有效的。     

Robust Adaptive Beamformers Based on Worst-Case Optimization and Constraints on Magnitude Response

In this paper, novel robust adaptive beamformers are proposed with constraints on array magnitude response. With the transformation from the array output power and the magnitude response to linear functions of the autocorrelation sequence of the array weight, the optimization of an adaptive beamformer, which is often described as a quadratic optimization problem in conventional beamforming methods, is then reformulated as a linear programming (LP) problem. Unlike conventional robust beamformers, the proposed method is able to flexibly control the robust response region with specified beamwidth and response ripple. In practice, an array has many imperfections besides steering direction error. In order to make the adaptive beamformer robust against all kinds of imperfections, worst-case optimization is exploited to reconstruct the robust beamformer. By minimizing array output power with the existence of the worst-case array imperfections, the robust beamforming can be expressed as a second-order cone programming (SOCP) problem. The resultant beamformer possesses superior robustness against arbitrary array imperfections. With the proposed methods, a large robust response region and a high signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) enhancement can be achieved readily. Simple implementation, flexible performance control, as well as significant SINR enhancement, support the practicability of the proposed methods.