一种能有效接收相干信号的波束形成技术

在假设事先估计得到不相关干扰信号方向的条件下,本文提出了一种能有效接收相干信号的波束形成方法.该方法首先利用估计得到的不相关干扰信号的方向构造变换矩阵,然后基于变换矩阵估计得到期望信号和相干干扰信号的合成导向矢量,最后利用得到的合成导向矢量和阵列相关矩阵求得波束形成的权矢量.计算机仿真结果证实本文所提方法基本上达到理论上的最优性能,且能快速收敛.     

一种存在相干信号时的稳健的最优波束形成算法

提出了一种新的存在相干信号时的最优波束形成算法。该方法首先利用二阶统计量信息估计合成方向矩阵,然后给出了一种根据期望信号的波迭方向寻找与之对应的合成方向矢量的方法．再据此估计最优权矢量。该方法与现有的同类算法相比计算量更小、鲁棒性更强。计算机仿真证明了算法的性能。     

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.     

一种改进的稳健波束形成算法

针对期望信号的实际方向与约束方向有误差这一问题,提出了信号子空间投影与非线性约束条件下最小化输出功率相结合的一种改进波束形成算法。该方法能缩小期望信号导向矢量的误差范围,避免导向矢量误差过大引起的波束形成算法性能下降,而且能使收敛速度更快,对信号导向矢量偏差较大的波束形成有很强的稳健性。     

改进的双约束稳健Capon波束形成算法

传统双约束稳健Capon波束形成算法采用牛顿迭代法求解最优加载量,存在计算精度低且运算量大的问题。该文提出一种改进的双约束稳健Capon波束形成(DCRCB)算法,该算法对信号协方差矩阵进行重构,基于期望信号导向矢量在噪声子空间的投影最优,将重构后的干扰加噪声协方差矩阵投影到噪声子空间,得到基于噪声子空间的双约束算法模型。该算法中通过模约束的辅助约束作用,将改进的双约束算法模型转化为单约束问题,最终解得最优对角加载量的解析表达式。仿真结果表明改进算法能通过调整主瓣宽度优化波束旁瓣,有效提高了抗矢量偏差的鲁棒性,同时降低了运算量。     

基于特征空间的相干干扰抑制技术

该文把多线性约束和特征空间技术相结合,提出了基于特征空间的多约束最小方差波束形成器(EM-CMVB),该波束形成器可以有效抑制相干干扰。EMCMVB是利用估计得到的相干干扰方向和阵列信号相关矩阵特征分解来得到修改的信号子空间,再把多约束最小方差波束形成器(MCMVB)的权矢量向修改的信号子空间投影来得出新的权矢量。经分析表明,EMCMVB的性能优于MCMVB的性能。最后,给出了计算机仿真结果,证实了EMCMVB的优越性。     

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。     

基于失配误差正交分解的稳健自适应波束形成

针对自适应波束形成中期望信号导向矢量的失配问题,该文提出了一种利用失配误差的正交分量来逐步修正期望信号导向矢量的自适应波束形成方法。该方法首先构造两个正交子空间,正交分解失配误差以后,通过引入松弛变量,把修正过程转化为解决迭代的二次凸优化问题。提出的方法没有假定失配误差模约束或概率约束,从而避免了上限估计和概率分布建模。仿真结果验证了方法的有效性。     

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。      

一种基于期望信号预减除的稳健自适应波束形成方法

针对自适应波束形成中的期望信号自消除问题,提出一种干扰加噪声协方差矩阵重建稳健自适应波束形成方法。算法具有较低的计算时间复杂度。该方法首先使用波达方向估计技术得到期望信号的波达方向,其次对每两根相邻天线的接收信号进行特定的加权相减,能够减除阵列信号中的期望信号成分,继而得到不含期望信号且保留了干扰加和噪声的更新阵列信号,再次,使用更新阵列信号计算干扰加噪声协方差矩阵,最后计算得到加权矢量。理论分析给出了减除期望信号过程的原理和算法的复杂度,仿真结果表明,在16阵元情况下,所提算法的输出信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)性能比最优值低0.52 dB,因自由度损失造成的性能损失小于0.3 dB,综合性能优于其他对比的方法。     

鲁棒的四元数空间平滑算法

本文针对相干信号波达方向(DOA)估计问题,利用简化电磁矢量传感器阵列提出了一种基于四元数模型的空间平滑(Q-SS)算法。首先,根据四元数的正交特性能够很好地描述矢量传感器阵元内部信号分量之间的垂直关系这一特点,将每个阵元的两分量接收数据合成为一个四元数,建立了简化电磁矢量传感器阵列的四元数接收模型,该模型比传统的长矢量模型更适合于矢量传感器阵列的信号处理。在此基础上,利用本文提出的Q-SS算法对相干信号进行预处理,实现了解相干,并对解相干性能进行了分析,然后通过四元数域的ESPRIT算法估计出相干信号的DOA。理论分析表明Q-SS算法比传统的长矢量空间平滑(V-SS)方法有更高的DOA估计精度,具有对矢量传感器内部电场噪声分量解相关的能力,这是V-SS算法所不具备的优势。最后,通过计算机仿真实验比较和分析了所提算法的有效性。      

Source localization using vector sensor array in a multipath environment

Coherent signals from distinct directions is a natural characterization of the multipath propagation effect. This paper addresses the problem of coherent/fully correlated source localization using vector sensor arrays. The maximum likelihood (ML) and minimum-variance distortionless response (MVDR) estimators for source direction-of-arrival (DOA) and signal polarization parameters are derived. These estimators require no search over the polarization parameters. In addition, a novel method for "decorrelating" the incident signals is presented. This method is based on the polarization smoothing algorithm (PSA) and enables the use of eigenstructure-based techniques, which assume uncorrelated or partially correlated signals. The method is implemented as a preprocessing stage before applying eigenstructure-based techniques, such as MUSIC. Unlike other existing preprocessing techniques, such as spatial smoothing and forward-backward (FB) averaging, this method is not limited to any specific array geometry. The performance of the proposed PSA preprocessing combined with MUSIC is evaluated and compared to the Crame/spl acute/r-Rao Bound (CRB) and the ML and MVDR estimators. Simulation results show that the MVDR and PSA-MUSIC asymptotically achieve the CRB for a scenario with two coherent sources with and without an uncorrelated interference source. A sensitivity study of PSA-MUSIC to source polarization was also conducted via simulations.     

Photonic Microwave Bandpass Filter With Negative Coefficients Using a Polarization Modulator

A novel photonic microwave bandpass filter with negative coefficients implemented using a polarization modulator (PolM) is proposed and experimentally demonstrated. In the proposed filter, a lightwave from a tunable laser source (TLS) is sent to a PolM, with the incident lightwave adjusted to have its polarization direction aligned at an angle of plusmn45deg to the principal axes of the PolM. A microwave signal is applied to the PolM through its RF port. Thanks to the polarization modulation in the PolM, two complementary microwave signals with identical amplitudes carried by two optical carriers with orthogonal polarizations are generated. The two complementary optical microwave signals are then sent to an optical delay line consisting of one section or two sections of polarization-maintaining fiber (PMF), with the polarization directions aligned with the fast and slow axes of the PMF. A photonic microwave bandpass filter with two or four taps is obtained     

基于IQ/CD的单光子载波矢量信号传输系统设计

提出并验证了一种使用单光子载波、基于 IQ 调制和相干检测的新方法来传输两个矢量信号,单光子载波上的同一个偏振态光携带 IQ 调制信号,具有正交偏振状态的光载波直接通过光波调制光波传输,两个正交极化波的光发送到相干检测器中解调。仿真实验了在25 km 单模光纤两个 QPSK 信号以数据率为1 Gbps 传输时的传输性能。     

基于Golay互补序列空时编码的MIMO雷达波形设计

针对多输入多输出(MIMO)雷达正交波形设计中数值优化方法所得波形脉冲压缩旁瓣较高的问题,该文提出一种基于Golay互补序列空时编码的设计方法。该方法利用Golay互补序列的互补性,并通过对序列构成的脉冲串进行扩展的空时编码,减小了波形的自相关旁瓣和互相关,从而降低了脉冲压缩波形的旁瓣;然后,为解决多普勒频移导致波形检测性能下降的问题,利用零空间向量加权法对脉冲压缩后波形进行多普勒补偿,显著提高了其目标检测能力。仿真结果验证了该文方法的有效性。     

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。     

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。      

基于相干积累矩阵重构的波达方向估计新方法

针对短时小样本条件下相干信号的波达方向(Direction Of Arrival, DOA)估计问题,该文提出了一种基于相干积累矩阵重构的快速解相干方法。首先利用相干积累技术对阵列接收快拍进行处理,得到累积快拍矢量,提高了数据信噪比。再依据累积快拍矢量的结构特点构造一个非降维等效协方差矩阵,理论分析可知,该矩阵的秩仅与信源个数相等,与信号间相关性无关,即实现了相干信源完全解相干。相较于空间平滑类算法,该方法避免了阵列孔径损失,估计精度高、计算量小。仿真结果验证了算法的有效性。