零陷优化的稳健波束形成算法

传统的自适应波束形成算法在干扰方向出现扰动且期望信号导向矢量失配时,不仅无法持续有效地抑制干扰,而且会在期望信号方向产生零陷致使期望信号相消,算法性能严重下降。针对该问题,本文提出了一种零陷优化的稳健波束形成算法。该算法首先通过干扰导向矢量的左右旋转来展宽零陷,接着将采样数据向干扰子空间投影,并对干扰分量进行加权处理以增强采样数据中的干扰强度,加深干扰零陷,最后采用导向矢量不确定集约束算法保证期望信号的接收增益。计算机仿真结果表明:该算法能够有效展宽干扰零陷,并能够保证期望信号增益,具有较好的稳健性。      

基于功率估计的高动态GNSS抗干扰零陷展宽算法

全球卫星导航系统(GNSS)接收机在高速运动状态下时,干扰来向的快速变化会导致阵列抗干扰算法性能下降,为此,提出一种基于功率估计的抗干扰零陷展宽算法。根据特征值将采样协方差矩阵划分为信号子空间与噪声子空间,通过子空间投影确立信号导向矢量与功率的线性关系;利用线性关系估计干扰功率,并根据零陷展宽需求重新设定干扰区域内的信号功率;最后,以干扰区域内功率的估计值为基础重构干扰加噪声协方差矩阵,求解阵列权矢量。仿真表明,相比其他零陷展宽算法,所提算法在相同展宽下具有更深的零陷,阵列输出信干噪比也有所提升。     

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。     

稳健的相干干扰抑制算法

针对自适应波束形成在干扰位置扰动以及存在相干干扰时的性能下降问题,提出了一种稳健的相干干扰抑制算法。该算法首先估计出相干干扰的来波方向,然后以期望方向增益最大,旁瓣方向增益最小为条件建立波束权矢量求解的优化问题,并利用干扰零陷展宽方向增益的二范数小于控制系数作为约束条件来克服干扰扰动。与已有的自适应算法相比,本文所提方法求解权矢量不需要采样数据协方差矩阵求逆过程,对快拍数要求低,能有效控制零限宽度和深度,对转发式相干干扰和干扰平台抖动具有良好的抗干扰效果。仿真结果证明了所提方法的有效性和稳健性      

基于空时处理的稳健自适应波束形成算法

在自适应天线阵抗干扰的一些应用环境中,往往需要自适应天线方向图在对准干扰的位置形成宽零陷从而增强算法的稳健性。该文从宽带信号模型出发,通过对扰动干扰方向上空时二维导向矢量的分析,修正了权值训练期间得到的宽带干扰协方差矩阵,推导出一种针对宽带信号的基于空时处理结构的宽零陷波束形成算法,该方法有效地实现宽带干扰的零陷加宽,提高了宽带波束形成算法的稳健性。     

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。     

一种锥台形阵列的二维干扰零陷展宽算法

当干扰位置快变化时,自适应波束形成的权矢量的更新速率跟不上干扰位置的变化速率,从而导致抗干扰的效果变差甚至使算法失效。文中在锥台形阵列的基础上,建立干扰位置扰动服从两点分布的模型,从数学的角度推导出一种锥台形阵列的二维零陷展宽算法,该算法可以根据实际快速运动干扰的特性,建立相应算法所需的先验参数,将此参数应用于该零陷展宽算法,可以有效地抑制对应的快速运动干扰。计算机仿真证明了该算法的有效性。     

一种新的GPS接收机宽带干扰抑制方法

该文针对GPS扩频接收机空时自适应处理结构,提出了一种新的极大抑制干扰的波束形成算法。通过估计空时二维功率谱得到各干扰信号的导向矢量矩阵,并求解出该矩阵的一组最接近期望信号导向矢量的正交基,作为空时二维最优权值。仿真结果表明,该算法增强了空时自适应结构方向图的零陷深度,比传统宽带多线性约束LCMV算法更有效地进行干扰抑制,明显提高了信号干扰噪声比。     

基于凸优化的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成

 提出了基于凸优化的适用于任意结构基阵的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成方法.首先将基阵波束响应表达成一组有限脉冲响应(FIR)滤波器权值的线性函数,然后采用基于恒定束宽限制条件的最小旁瓣优化准则设计FIR滤波器权值.同时对滤波器系数进行范数约束以及对干扰方向设置展宽零陷来提高波束形成器的鲁棒性.将期望波束响应的设计过程与实际波束响应的逼近过程融合在一起进行优化搜索,获得了全局最优解.该波束形成器设计问题被转化成凸优化问题求解,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

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     

几种鲁棒自适应波束形成算法的对比

自适应波束形成器可以根据接收信号自适应地调整权矢量,增强期望信号,并有效抑制干扰。在实际环境中,由于波达角估计、阵列校准等误差因素的存在,导致传统自适应波束形成算法性能严重下降,因此,如何提高自适应波束形成算法的鲁棒性是一个重要的研究问题。本文对鲁棒自适应波束形成算法进行研究,对算法进行仿真、分析和比较,总结出各算法的性能优缺点,最后对鲁棒自适应波束形成算法的发展趋势提出自己的几点见解及展望。     

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卫星共线干扰问题。算法中综合考虑卫星通信系统长传播时延导致的阵列导向矢量存在一定误差,在基于线性约束最小方差(LCMV)准则的自适应波束成形器中设计了考虑系统最恶劣误差情况的鲁棒性约束,并采用泰勒级数逼近法求解波束成形器加权矢量。仿真结果表明本文的鲁棒波束成形算法在卫星通信环境下适应度较高,能够有效地缓解高低轨卫星通信系统频率共享带来的同频干扰问题。      

高动态环境下导航接收机抗干扰零陷展宽算法

在高动态条件下,提高导航系统对快速变化干扰的抗干扰能力极其重要。为此,提出采用零陷展宽的方法对抗干扰算法进行改进,通过对干扰零陷进行加宽,增大算法抑制角度的范围,进而提高算法的高动态适应性。首先根据接收数据求解协方差矩阵,然后根据干扰扰动参数求出扩展矩阵,对协方差矩阵进行扩展更新,最后基于功率倒置抗干扰算法代入求解权矢量。实验仿真结果表明,所提算法相比于传统的功率倒置算法,干扰零陷明显展宽,输出干噪比更小,抗干扰性能得到较大改善。     

一种宽零陷的自适应波束形成算法

自适应波束形成技术能有效地接收目标信号并抑制干扰,是阵列信号处理中的一项关键技术。为了应对快速运动干扰或平台转动等引起的自适应权值和数据失配,增强算法的鲁棒性,可以采用零陷展宽技术。通过Capon谱重构干扰加噪声协方差矩阵,可以根据需要设置零陷宽度和零陷深度,从而大大地提高算法的鲁棒性。通过与现有算法的比较,该方法能得到更高的输出信干噪比,并且能加深零陷深度,需要的快拍数也较少。     

一种基于正交加权约束的GPS抗干扰盲算法

针对GPS信号C/A码的周期重复特性,联合CAB算法和子空间技术提出了一种盲自适应波束形成方法。该算法通过将CAB算法的权矢量和控制矢量约束到干扰导向矢量的正交补空间内,使之在期望信号方向上产生高的增益,并在干扰方向上形成零陷。该方法具有盲处理、收敛速度快和低计算复杂度等优点。仿真结果证明了算法的有效性。     

改进的LCMV算法在多波束形成中的应用

基于线性约束最小方差(LCMV)算法的自适应波束形成技术,得到的方向图能保证期望信号方向增益最大,非期望方向形成零陷。但实际应用中由于不可避免的存在阵元位置误差、阵元相位误差及指向误差等(统称为相位误差),使约束的导向矢量与真实期望信号的导向矢量不一致,从而影响系统的性能。改进的LCMV波束形成算法——基于迭代二阶锥的唯相位波束形成技术,通过改变移相器的相位,使各阵元输出信号相位一致,在多个方向上形成主波束,阵列输出功率最大。     

发射波束部分阵元置零综合分析

针对选择阵列部分单元控制的情况,分析了发射波束零点形成的两种方式,即部分阵元的幅相加权综合和部分阵元的唯相位综合加权方式。通过对这两种置零综合的算法研究和仿真分析,并从形成零陷的深度及对副瓣扰动等方面,比较了这两种发射波束置零综合方法的性能。     

基于旁瓣对消器的自适应零陷优化设计

现有的零陷展宽算法忽略了锥化矩阵的相位信息,在对抗强方向性、大偏差角干扰时,零陷深度变浅,干扰抑制性能严重下降。该文以虚拟空域密集干扰为切入点,推导并提出一种可用于旁瓣对消器的自适应零陷优化设计算法。该算法通过对辅助阵列数据的自协方差矩阵和主辅阵列数据的互协方差矩阵同时进行重构实现零陷区域的自适应控制,锥削矩阵只与阵元位置和展宽宽度有关,无需干扰信息,可以离线生成,不占用系统运算资源。仿真结果表明,该方法可以实现零陷区域的自适应展宽,提高非平稳干扰抑制的稳健性。     

宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法

针对传统时延控制波束形成器无法适应宽带信号接收的问题,提出一种宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法。首先,通过时延控制方法在空间预设方位形成多个独立波束,利用傅里叶变换将多波束数据变换到频域,针对每个频点构造聚焦矩阵,通过聚焦变换将宽带信号对齐到同一参考频率;然后,估计子带聚焦后的协方差矩阵,并进行特征分解得到信号子空间;最后,利用基于特征子空间(ESB)的波束形成方法得到权矢量,实现自适应波束形成。仿真结果表明,该算法能够实现对宽带信号的自适应接收,具有良好的抗干扰能力和稳健性。     

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。