基于OFDM符号特征的干扰抑制与盲波束形成方法

为了抑制L波段数字航空通信系统1正交频分复用接收机中的测距机脉冲干扰信号的影响,提出基于正交频分复用符号特征的盲波束形成方法.阵列天线接收的数据首先经正交投影抑制测距机干扰,然后根据正交频分复用符号中循环前缀的延迟重复特征,将波束形成的权值求解问题转化为瑞利商的最大化问题,通过对延迟协方差矩阵的特征值分解获得阵列天线的波束形成权矢量,不需要预先知道期望信号的来向信息.仿真结果表明:所提出方法能够将波束主瓣对准期望信号来向,同时在干扰信号来向上形成深零陷,从而提高阵列输出端信噪比.所提出方法在低信噪比环境下波束形成性能优于内积最大化方法,随着信噪比增大,两种方法波束形成的性能逐渐接近.     

盲源分离与波束形成融合抑制方向性强干扰研究

针对强干扰严重影响线列阵声纳弱目标检测的问题,融合盲源分离（Blind source separation,BSS）与波束形成提出了一种抑制方向性强干扰的方法.首先在干扰方位形成波束得到干扰信号估计,然后对阵列接收信号的每个子带采用盲源分离方法得到分离信号和解混矩阵估计,并通过对分离信号和干扰信号进行子带谱相关抑制干扰,再将抑制干扰后的分离信号重构回阵元域信号,最后采用波束形成方法完成目标方位估计.利用模拟器数据和海试数据对方法进行了验证,结果表明,该方法能有效地抑制方向性强干扰,明显提高了弱目标信号的空间谱能量,增强了声纳检测弱目标的能力.     

小孔径圆环阵凹槽超增益波束形成技术研究

在水下目标声纳检测问题的研究中,为了抑制水下噪声信号,提出了小孔径圆环阵凹槽超增益波束形成方法.上述方法针对均匀圆环阵,在保证基阵输出增益最大的前提下,采用凹槽波束优化方法,设计具有抑制特定方向波束响应输出的波束,以抑制该方向强的强干扰对目标方位估计的影响.仿真结果表明,改进方法能有效抑制期望信号方向以外的干扰对目标方位估计的影响;干扰信号越强,波束图输出谱凹槽越深;在小孔径圆环阵的基础上能实现对水下目标低频辐射噪声信号有效检测和方位估计.     

多重信号分类算法在共形阵列天线中的应用

在天线信号优化设计中,传统的共形阵列天线的信号波达方向(DOA)估计采用了波束扫描技术,需要大量的阵元才能获得较高分辨率,对于有限的阵列孔DOA估计来说,上述技术的分辨率会受到瑞利限制.而多重信号分类(MUSIC)算法,由于充分利用了噪声子空间和信号子空间的正交性,构造了空间谱函数,可以通过谱峰值的搜索来达到DOA估计.对MU-SIC及改进算法进行分析,并且分别在均匀线阵,柱面阵列和锥面阵列天线模型下进行了仿真,结果表明,阵列的排列方式对波达方向的估计性能具有重要的影响.     

均匀圆阵阵元缺损对阵列方向图影响的分析

阵列中阵元接收信号按照一定加权方式合成,使波束方向图指向期望信号同时抑制其他方向的干扰信号。但是当阵列中有阵元缺损时,会对阵列方向图产生一定影响。本文分析并仿真了均匀加权情况下,均匀圆阵无缺损的波束方向图,同时对比了具有相同波束指向的均匀圆阵和均匀线阵在缺损阵元位于不同位置的波束方向图。仿真表明缺损一个阵元后,均匀加权的均匀圆阵性能下降较多。而当缺损阵元位于不同阵列不同位置时,对均匀线阵影响有较大不同,但是对均匀圆阵的影响则相差不多。     

超增益低频接收基阵仿真研究

研究一种具有超增益性能的单向水听器作阵元的基阵的性能.为改善海水中信号的精度和分辨率,对小尺度阵列稳健的波束形成方法进行了研究.采用不同的算法,求出相应的权矢量,从而得出不同条件下的波束图及阵增益.通过比较优选出所需的权矢量,完成波束形成器的设计.通过仿真比较了四种不同的波束形成算法,分别得出不同信噪比条件下小型化线列阵的波束图.通过对基阵的波束图、增益及稳健性等特性的研究,分析比较了几种波束形成方法的优缺点.仿真结果表明,改进的白噪声增益约束法既可获得高的增益,又具有好的稳健性.     

基于正弦频偏的多载波频控阵的设计与实现

针对常规频控阵(FDA)采用线性频偏增量产生的“S”形波束图在角度和距离上耦合和分辨率不够高的问题,提出一种新型频控阵——基于正弦频偏的多载波FDA。设计并建立了布阵模型,分析了信号模型,推导了在远场形成的发射波束方向图。通过MATLAB对该频控阵的仿真,结果显示该频控阵能够在目标位置处形成点状波束,在发射能量聚焦性能和阵列分辨率性能上均优于现有的对数频控阵。     

基于改进最速下降LCMV算法的稳健波束形成

基于线性约束最小方差准则(LCMV)的自适应波束形成技术,在理想条件下能够在期望信号方向保证增益最大,同时在干扰方向形成零陷.但在实际阵列系统中,指向误差、阵元位置误差以及阵元相位误差均使得传统的LCMV准则算法出现性能下降.针对最优权矢量解算问题,提出了基于牛顿法及可变加载约束的改进SD-LCMV算法,并将两者与线性约束LMS算法及递归稳健LCMV算法进行仿真对比,结果验证了改进算法对误差的稳健性.     

二维面阵子阵划分及PADBF算法研究

在雷达系统抗干扰优化问题的研究中,自适应数字滤波为主要手段。应用二维面阵子阵划分方法与部分自适应数字波束形成算法中,子阵划分是部分自适应数字波束形成技术为基础。针对二维面阵子阵划分,对降低子阵划分工程实现复杂度大,提出了等功率噪声法与遗传算法(GA)相结合的子阵划分方法,可使同一子阵单元紧密相邻同时避免栅瓣出现。为改善子阵级部分自适应数字波束形成波束旁瓣电平,采用归一法的部分自适应数字波束形成算法,可有效地对干扰进行抑制,显著改善波束旁瓣电平。通过建立二维面阵信号模型,对所提方法进行了计算机仿真,仿真结果证明了所提方法的有效性,可为雷达系统性能优化提供了依据。     

基于相位约束的低复杂度稳健宽带波束形成算法

针对传统空时结构宽带波束形成器结构复杂、计算量大和稳健性差的问题,提出低复杂度的稳健宽带波束形成算法。首先给出频率变化时阵列响应相位,分析频率变化与角度变化对阵列响应相位的影响。通过对期望信号不同频点施加阵列响应幅度和相位约束,补偿不同频率间的阵列响应相位差来实现无需延迟线或FIR/IIR滤波器结构的稳健宽带波束形成。然后分析频率和角度同时变化对阵列响应相位的影响,在期望信号来向附近引入辅助方位角,进一步提高期望信号来向趋于零度和相对带宽较小时算法的稳健性。理论分析与仿真实验表明,本文算法结构简单,计算复杂度较低且具有较好的稳健性。     

基于改进的AR模型的逆波束形成方法研究

逆波束形成是利用各阵元接收信号间的互功率谱估计声场平面波强度的理论,较之常规波束形成,它具有更高的方位分辨能力和噪声干扰抑制能力。在分析逆波束形成理论及其傅立叶类求解算法的基础上,提出了基于改进的AR模型的求解方法。该方法将参数模型引入到逆波束形成的求解当中,通过引入前向后向平均,克服了信号协方差矩阵在小信噪比和快拍数较少情况下估计不准的问题,从而减轻了旁瓣的起伏,有助于实现对弱目标信号的检测与估计。通过大量计算机仿真实验,证实了所提算法的可行性和优越性。     

稳健的全阵波束形成方法

由于相干干扰和角度估计误差影响波束形成性能,对此提出一种稳健的波束形成方法。采用加权空间平滑算法去除相干性;对期望信号施加约束,保证一定角度估计误差范围内算法的稳健性;进行全阵波束形成变换,避免阵列孔径损失。仿真结果表明,在相干干扰环境中,该算法的方向图在期望信号方向有明显主瓣,有利于接收期望信号;在一定的角度估计误差范围内,该算法可保持比较高的且比较平坦的输出信干噪比;随着输入信噪比的增加,输出信干噪比几乎线性增大。     

基于子带SDL的LCMV宽带波束形成性能分析

对子带阵元延迟线 （SDL）波束形成器的线性约束最小方差（LCMV）宽带自适应波束形成算法进行了性能分析 。推导了子带LCMV算法的输出信干噪比（SINR）的解析表达式,对比了子带LCMV算法和全带 LCMV算法的阵列响应性能,以及阵元数量、输入信噪比（SNR）和阵元间距对输出SINR的影 响,并分析了子带滤波器组的参数对子带LCMV输出SINR性能的影响。仿真结果表明子带LCMV 算法可有效提高性能,并可在不降低性能的条件下降低阵元需求。     

基于高阶零陷滤波的空间多目标跟踪算法

针对传统的移动多目标跟踪算法计算量大、实时性差的问题, 提出了一种新的基于阵列天线的空间多目标跟踪算法。算法利用阵元个数相对于信源数目的自由度, 设计一个高阶的零陷空域滤波器组, 对空间干扰源进行陷波, 并对空间波束成形后的信号进行自适应跟踪, 估计出多个移动目标的波达方向（direction of arrival, DOA）。仿真结果表明, 此算法精度较高, 计算复杂度较低, 为空间移动多目标的实时跟踪提供了一种新方法。     

认知无线电中发射端多波束形成算法及接收端低旁瓣波束形成算法

在认知用户基站发射端,针对多用户产生多波束使每个波束的主瓣方向对准目标信号 而零陷对准干扰方向,实现多用户同频通信从而提高频谱的利用率。而接收端需要波束形成 算法具有抗干扰的能力,因此,本文提出了适用于授权用户基站接收端的低旁瓣波束形成算 法,在主用户面对干扰时,其接收信号质量不会大幅下降。仿真实验验证了本文的算法。     

一种基于压缩感知的水下目标被动测距方法

基于目标空间域的稀疏性和聚焦波束形成的机理,提出了一种基于压缩感知的水下目标被动测距方法.首先,按照先方向后距离的方法对整个搜索空间进行网格划分;其次,根据球面波传播的均匀线列阵声纳接收数据模型,针对空间每个搜索方向按均匀距离间隔构造了每个方向上完备的阵列流形,并将其作为对应方向上压缩感知的感知矩阵,结合压缩感知理论数学模型,构建了对应方向上水下目标信号估计的凸优化模型;再次,采用基追踪算法对凸优化模型进行求解,计算出每个搜索方向、距离上目标信号的能量;最后,通过搜索整个空间的信号能量峰值,实现了水下目标被动测向与测距.仿真分析表明,该方法在距离估计上具有较高的聚焦性,可有效解决传统聚焦波束形成技术距离分辨率低的问题,能够实现对水下多个互不相干窄带目标信号的被动测向和测距.     

半球面共形阵列波束综合技术研究

针对天线的抗干扰提高信噪比问题,球面阵列天线的增益在不同方向灵活可变的优点,但球面阵列天线是非线性的,没有解析解,传统的线性波束综合方法很难解决球面阵列天线复杂多约束的增益问题。为解决上述问题,使用了零陷技术。现有的方法着重干扰方向已知情况下的零陷形成技术,而对干扰方向未知多变的情况研究很少,采用改进的遗传算法用于复杂的宽角零陷形成,可以解决干扰方向未知情况下的零陷形成难题。     

基于频域ICA的波达方向估计方法

为降低阵元数目和提高相干多径入射信号的波达方向(DOA)估计精度。提出了一种基于频域独立分量分析与波束零点形成相结合的DOA估计方法。该方法综合利用阵列结构信息和目标信号的统计独立特性,与常规算法相比,降低了算法对阵元数目和精度的依赖,并能实现对相干多径入射信号的DOA估计。计算机仿真结果表明,该算法具有少阵元、收敛快、误差小的特点。     

频域加权陷波多声发射源定位与伪源辨识方法

针对信号处理中的稀疏阵列有时会出现栅瓣和伪峰的现象,进而影响波束形成法在结构损伤定位中应用的问题,提出了基于频域加权波束零陷的未知真实声发射源数量的声发射定位与伪源辨识方法。首先,推导研究了波束零陷思想在二维频域加权波束形成方法中的作用机理;然后,基于频域加权陷波的波束形成方法,提出了在未知真实声发射源数量情况下的伪声发射源的辨识和真实声发射源的定位流程;最后,在存在较多伪声发射源干扰情况下进行了单声发射源和同时多声发射源的定位试验,验证了所提出方法的准确性。研究结果表明,所提出的方法对于推广波束形成法在结构健康监测领域的应用具有价值。     

Adaptive processing for beamforming with coherent interference using uniform circular arrays

The paper deals with the problem of adaptive array beamforming using a uniform circular array (UCA) in the presence of coherent interference. The well-known scheme of spatial smoothing (SS) widely used to tackle the coherent problem in the cases of 1-D uniform linear array (ULA) and uniform rectangular array (URA) cannot work for the UCA case. This is mainly due to the fact that the direction vector of each signal received by a UCA does not possess a Vandermonde structure. In this paper, we present a method based on subarray beamforming in conjunction with an averaging scheme to effectively mitigate the effect due to coherent interference in the UCA case. Theoretical analysis regarding the validity of the proposed method is also presented. Several simulation examples are provided for showing the effectiveness of the proposed method.