基于宽带MVDR波束形成的弱信号检测研究

在复杂电磁环境中,常规波束形成的性能下降会使检测弱信号变得十分困难。若空间存在相干干扰时,常规阵列信号处理方法大都无法区分干扰与目标信号。针对宽频带、强干扰以及信号相干的问题,研究了可以抑制干扰的最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成方法,并讨论了宽带MVDR的几种实现方式,即非相干最小方差(IC-MV)、空间重采样最小方差(SRMV)和指向最小方差(STMV),通过仿真比较了上述算法的弱信号检测性能。     

基于聚焦信号子空间估计导向矢量的干扰声源抑制方法

针对最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortionless Response,MVDR）波束形成器对导向矢量失配较敏感的问题,本文提出了一种有效的干扰声源抑制方法 .该方法首先将语音信号的频带划分为多个子带,通过聚焦信号子空间方法估计各子带的声源到达方向（Direction of Arrival,DOA）,并采用统计直方图估计各声源的初始DOA;其次,为了减小导向矢量失配,利用声源的空间稀疏性,通过Capon功率构建目标声源导向矢量估计的代价函数,约束目标声源导向矢量远离干扰声源空间;最后,根据估计的导向矢量,估计干扰声源加噪声协方差矩阵,以获得MVDR波束形成器的权重.基于TIMIT语料库的实验结果证明,提出的干扰声源抑制方法的输出信干噪比（SINR）及语音质量感知评价（PESQ）优于参考方法,具有更佳的抗导向矢量失配性能.     

基于相关域的二维自适应波束形成算法

 该文针对使用最小方差无失真响应算法进行2维波束形成时需要大量采样数据和庞大计算复杂度这一问题,提出一种基于相关域的2维自适应波束形成算法。通过将高维权向量分解成两个低维权向量的Kronecker积形式,使用双迭代算法利用相关域信息求解出两个低维权向量,从而降低了估计采样相关矩阵所需的采样数据和计算量。实验仿真表明,所提算法具有良好的收敛性能,在采样数较小的情况下,能够更好地抑制干扰信号。     

全双工阵列的数字域联合干扰抑制算法

针对当前全双工系统无法有效应对外部干扰的问题,将全双工自干扰抑制技术与阵列自适应波束成形技术相结合,提出一种自干扰和外干扰的数字域联合抑制算法。首先建立该场景下全双工阵列的系统模型,然后基于时域自干扰抑制算法和最小方差无失真响应(MVDR)波束成形算法,给出算法的数学模型,并对该算法的性能进行理论分析。数值仿真证明,该算法能够同时将自干扰与外干扰抑制到噪声电平以下。     

基于近场波束形成的声源成像研究

常规的波速形成,只能在远场环境下进行声源成像。在建立近场模型的基础上,引入了两种不同的加权向量,提高了近场波束形成的成像效果。分别介绍了与距离成反比加权向量和改进的最小方差无失真响应波束形成,并对两种方法进行了模拟仿真,结果表明了其有效性。     

基于MVDR算法的频控阵雷达干扰抑制方法北大核心CSCD

为提高频控阵雷达的抗干扰能力,针对基于最小方差无失真响应(MVDR)波束形成算法的频控阵雷达干扰抑制方法进行了研究。首先,构建了频控阵阵列系统的信号模型,基于信号模型推导了基于频控阵的MVDR波束形成算法;然后,将传统相控阵中的MVDR波束形成算法应用到频控阵当中;最后,通过仿真分析了MVDR波束形成算法的抗干扰能力。仿真结果表明:采用MVDR波束形成算法能够实现目标位置增益最大;此外,信号输出信噪比随输入信噪比的增大而逐渐增大。文中研究能有效提高频控阵雷达在距离与角度维度的抗干扰能力,对于提升雷达检测系统的性能具有重要意义。     

基于联合时空图拓扑结构的多通道语音MVDR增强算法

本文研究图频域内的多通道语音增强,利用图信号处理理论（GSP）构建一种时间-空间维度的联合图拓扑结构,在此基础上设计增强算法进行多通道语音消噪。具体而言,基于输入阵列某个麦克风输入帧间语音顶点信号的时间相关关系,构造时间维度上的一种图拓扑结构;同时针对多通道含噪语音,根据各通道接收信号的空间相关关系,构造空间维度上的一种图拓扑结构。基于时间和空间二种图拓扑构成的联合图拓扑结构,采用图频域内的最小方差无失真响应（MVDR）增强算法,进行多通道语音增强。仿真实验结果表明,在平均客观语音质量评估（PESQ）得分和平均拓展短时客观可懂度（ESTOI）评价指标下,本文所提出的基于联合图拓扑结构的MVDR波束形成（JG-MVDR）方法都优于常规图MVDR波束形成（GMVDR）方法和基于复高斯混合模型的MVDR波束形成（CGMM-MVDR）方法。      

MIMO阵列波束形成方法研究

相控阵雷达无法分辨一个波束宽度内的2个目标,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)雷达阵列各阵元发射正交信号,提高了阵列系统的自由度,改善了雷达阵列系统分辨性能。文中给出了MIMO阵列相关滤波器组分离目标回波信号的原理框图,并进行了MIMO阵列常规波束形成器和最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器理论分析和仿真实验。仿真结果表明,MIMO阵列比常规相控阵列具有更高的角度分辨率。     

LCMV波束形成削弱多波束测深声呐的隧道效应

分析了海底多波束测深声呐中存在的隧道效应的产生机理,指出旁瓣干扰是导致隧道效应的重要因素。在最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response)波束形成的原理基础上,提出使用线性约束最小方差(Linear Constrained MinimumVariance)波束形成技术来抑制隧道效应,该方法可以通过引入主瓣约束保证在抑制隧道效应的同时,主瓣不会因为干扰而发生畸变。通过计算机仿真实验,证明了LCMV波束形成算法抑制隧道效应的有效性。     

基于LCMV的两种干扰抑制算法对比分析

为了对比分析线性约束最小方差(LCMV)准则下的功率倒置(PI)算法和最小方差无失真响应(MVDR)算法的综合抗干扰性能,建立天线阵列接收信号模型。理论分析了LCMV准则以及PI和MVDR算法原理和特点。从对扩频信号捕获和信号载波相位的影响2个方面对比分析了2种抗干扰算法的性能,并利用Matlab对分析结果进行验证及进一步分析,得出MVDR算法抗干扰性能优于PI算法,对卫星导航领域的抗干扰的工程实践有一定的指导和借鉴意义。     

最小方差无失真响应波束形成解卷积后处理算法

为提高最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成算法的方位分辨能力,本文将MVDR算法的输出功率谱重新建模为卷积的形式,并运用两种解卷积技术对MVDR的方位谱进行后处理.该算法将角度空间中心位置的单个声源的MVDR方位谱当作点扩散函数(Poi...     

脉冲噪声环境中鲁棒的自适应波束形成方法

本文提出一种脉冲噪声环境中的自适应波束形成方法.方法假定噪声服从对称 α 稳定(S α S:Symmetric α -stable)分布,首先定义分数低阶阵列响应,然后根据最小方差无畸变响应波束形成器(MVDR)提出分数低阶最小方差无畸变响应波束形成器(FrMVDR).理论上证明了当阶数小于噪声特征指数的一半时,分数低阶阵列输出功率有界.计算机仿真实验证明了本文提出的FrMVDR波束形成器在高斯噪声和非高斯脉冲噪声环境中性能都优于MVDR和其他有关的基于分数低阶矩的波束形成器,是一种鲁棒的自适应波束形成器.     

基于改进不确定集的稳健波束形成算法

基于不确定集约束的稳健MVDR波束形成算法在一定程度上依赖于期望信号导向矢量误差的先验知识,且当导向矢量失配较严重时干扰抑制性能也有所下降。为此,提出了一种基于投影变换的改进算法。该方法将约束方向矢量向信号干扰子空间投影,并作为新的约束方向矢量,从而等效于减小了期望信号导向矢量误差。这样,误差不确定参数只需设置为一较小的实数即可在任意导向矢量失配时获得最优的输出性能。计算机仿真结果证明了所提波束形成器具有较强的稳健性能。     

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.     

基于稀疏约束和SRV约束的宽带自适应波束形成

针对传统的宽带MVDR自适应波束形成中,抑制干扰的同时会抬高旁瓣电平,且过多的线性约束会导致波束输出的SINR性能下降的问题,提出了一种基于SRV约束和稀疏约束的低旁瓣、高增益宽带自适应波束形成方法.该方法在窄带MVDR自适应波束形成基础上,通过增加波束图稀疏约束来降低波束的旁瓣电平,同时利用空间响应偏差(SRV)约束将窄带算法推广到宽带MVDR 自适应波束形成中,极大地降低了算法的复杂度,改善了波束输出的SINR 性能.与传统方法相比,该方法在降低宽带波束的旁瓣电平的同时,还具有良好的干扰抑制效果.数值仿真实验验证了该方法的有效性.     

基于反对角单位阵的窄带多径信号接收波束形成算法

针对多径环境下传统Capon 波束形成器性能下降的问题,该文首先分析了期望信号对消的原因:对应期望信号和多径干扰的阵列输出间的相位差始终在 附近变化。然后利用反对角单位阵构造新的阵列接收数据协方差矩阵和导向矢量,并根据最小方差无畸变(MVDR)准则求取最优加权矢量进行阵列输出。该算法无需估计多径和非相关干扰信号的来向,且可以通过调整选取的阵元个数获得更优的阵列输出性能。仿真实验表明该文算法的性能优于传统Capon 和多径信号接收类算法。      

Wideband LFM Interference Suppression Based on Fractional Fourier Transform and Projection Techniques

A novel wideband LFM interference suppression method is proposed based on fractional Fourier transform (FRFT) and projection techniques. By using the concentration property of LFM interferences in fractional Fourier domain, the initial frequency, frequency modulation rate and direction-of-arrival (DOA) of LFM interferences are first estimated. Afterwards, the space–time interferences subspace is constructed. In order to suppress wideband LFM interferences, the received signal is projected onto the subspace orthogonal to the interferences subspace when the signals are uncorrelated. Furthermore, considering the scenario when the signals are coherent, according to the properties of oblique projection, LFM interferences are suppressed by projecting the received signal onto the joint signal–noise subspace. Then, the desired signal is extracted by beamforming. Unlike the existing algorithms, the proposed method not only can exactly estimate parameters and directly solve the DOA of LFM interferences but also can construct the interferences subspace with the time-variant steering vector of interferences. Moreover, our method can effectively suppress LFM interferences without reducing the freedom, and significantly improve the performance, even at low signal-to-noise ratio (SNR) or small number of snapshots. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

Quadratically Constrained Beamforming Robust Against Direction-of-Arrival Mismatch

It is well known that the performance of the minimum variance distortionless response (MVDR) beamformer is very sensitive to steering vector mismatch. Such mismatches can occur as a result of direction-of-arrival (DOA) errors, local scattering, near-far spatial signature mismatch, waveform distortion, source spreading, imperfectly calibrated arrays and distorted antenna shape. In this paper, an adaptive beamformer that is robust against the DOA mismatch is proposed. This method imposes two quadratic constraints such that the magnitude responses of two steering vectors exceed unity. Then, a diagonal loading method is used to force the magnitude responses at the arrival angles between these two steering vectors to exceed unity. Therefore, this method can always force the gains at a desired range of angles to exceed a constant level while suppressing the interferences and noise. A closed-form solution to the proposed minimization problem is introduced, and the diagonal loading factor can be computed systematically by a proposed algorithm. Numerical examples show that this method has excellent signal-to-interference-plus-noise ratio performance and a complexity comparable to the standard MVDR beamformer.     

智能天线中一种新的三维波束形成方法

提出了用分布于 x?y?z 三轴上的三个阵元估计扩频信号各条多径的来波方向(DOA)的方法,以及用由 x?y 均匀平面圆阵和 z 轴直线阵组成的阵列天线形成 3 维波束的方法。根据 CDMA 信号模型和多径信道模型,用 最大似然(ML)法分别估计出信号到达 3 个阵元的复信道响应,并利用复信道响应的幅角来估计各条多径信号 的 DOA;然后在已有最小均方误差(MMSE)法和最小二乘(LS)法的基础上生成带限制条件的扩展 MMSE(EMMSE)法形成 3 维波束。模拟表明,给出的 DOA 估计方法具有很高的精度,而 EMMSE 方法形成的波束主 瓣窄,旁瓣被抑制,有很高的输出信干噪比。