一种基于二重特征分解的稳健波束形成方法

针对强干扰背景下的弱目标被动探测与定位问题,提出了一种基于特征分解的稳健波束形成方法。首先搭建了一个由信号子空间与干扰方向导向矢量组合的特殊矩阵,理论推导了该矩阵特征向量与信号导向矢量间的内在关系,并证明这种数学关系仅与信号间相对方位有关,与信号能量无关;接着利用该关系,构造了能够抑制训练数据中期望信号并保证其余信号功率不变的预处理矩阵;最后对预处理后的训练数据,结合对角加载方法,获得最终波束形成方法的权向量。仿真实验证明,在干扰区间已知时,该算法在保证波束形成的稳健性同时,具有更强的干扰抑制能力。     

一种基于高阶累计量的相干干扰抑制方法研究

常规的自适应数字波束形成方法仅限于利用信号的二阶统计特性，当其工作在相干干扰环境中时，由于接收信号协方差矩阵的信号子空间的一些向量收敛到噪声空间中，此时二阶统计量方法无法准确提取干扰方位信息，从而导致该波束形成器很难取得较好的抗干扰性能．因为高阶累计量能包含更多的统计信息，运用高阶累计量方法来提取干扰信号方位信息，然后根据最小均方误差准则来形成波束图，试验表明基于高阶累计量的自适应波束形成方法能够较为有效地抑制相干干扰源，并且该方法减少了对阵列流型的依赖，具有较好的容差性。     

基于区域约束的双耳近场自适应波束形成算法

提出了一种基于区域约束的双耳近场自适应波束形成算法，该算法将目标信号及其附近区域内的若干个导向矢量组成的矩阵进行特征值分解，并在最小化输出信号能量的同时对主要的特征向量进行约束，从而有效解决传统近场波束形成器对目标声源的方位估计误差和位置扰动过于敏感的问题。实验结果表明，所提方法可以有效抑制远场同向干扰声源，并且相对于传统近场波束形成器具有更高的鲁棒性。客观评价指标表明，该算法的降噪性能及语音质量提升方面均优于对比算法。      

直扩通信系统同步和波束形成的正交多干扰子空间矩阵对方法

本文在Maximin波束形成方法的基础上,提出了一种正交多干扰子空间矩阵对方法。本方法可有效分离同信道多窄带干扰信号,同时利用期望信号与干扰信号到达方向不同,对自相关矩阵对进行广义特征值分解实现干扰背景下PN码序列的同步和波束形成。在信号同步上,无需导频信道信息和训练序列信息;在同步过程中得到的与主广义特征值相应的特征向量可以直接作为波束形成器的权向量,进行后续的波束形成。仿真比较实验结果证明,所提方法可以抵抗与期望信号不同方向的窄带强干扰,尤其在强多用户干扰和强窄带干扰背景下,与PAPC(pre and post correlation)方法和FP(filter pair)方法相比具有明显的性能优势。     

雷达辐射源信号模糊函数主脊切面特征提取方法

提取和补充新的信号参数是解决复杂体制雷达辐射源信号分选难题的有效手段.基于模糊函数在表征信号内在结构上的独特作用,本文提出一种模糊函数主脊切面特征提取的新方法,构建出由主脊方向、切面重心和惯性半径组成的主脊切面特征向量.理论分析和实验结果表明,所提取的特征向量较好地反映了不同信号波形结构上的差异,具有类内聚敛性强和类间分离度大的优点,且具备较好的抗噪性能,证实了所提方法的可行性和有效性.     

自适应波束形成技术在GNSS抗干扰中的应用

介绍了自适应波束形成技术的基本原理, 对具体算法进行了数学推导。根据波束形成技术的特点, 提出一种将其应用于GNSS抗干扰系统的解决方案。以七阵元均匀圆阵为例, 推导出期望信号的阵列响应公式, 给出接收信号协方差矩阵的求解方法, 从而为将自适应波束形成技术应用于GNSS抗干扰系统铺平了道路。仿真显示利用该方法能够在卫星信号来向保持一定增益的同时, 在干扰来向形成深度零陷, 从而达到较好的GNSS抗干扰效果。     

基于特征矢量稀疏分解的DOA估计方法

论文提出了一种基于特征向量稀疏分解的DOA估计方法。依据阵列协方差矩阵的最大特征向量是所有信号导向矢量的线性组合这一性质。利用阵列协方差矩阵的最大特征向量建立稀疏模型进行DOA估计。该方法能有效降低噪声的影响,避免估计信号源数目,增强了算法的鲁棒性。理论分析和仿真实验,验证了本文方法具有较高的精度、较好的分辨力、对相干信号也具有优越的适应能力,性能优于MUSIC算法。     

被动声纳系统的计算机模拟研究

本文研究在通用计算机上模拟一个长线阵被动声纳站现场试验的有关问题。模拟研究的实施方法是:计算机首先产生一组能够反映目标信号特性以及目标在水平面内逐点转动的数字信号;然后按照“频率域上合成波束”原理所规定的信号处理顺序,计算机进行各步运算,得到声纳站的各个搜索波束在-90°到 90°目标方位范围内的输出响应,由此可以估计声纳站的实际检测性能及检验声纳站的预定设计方案。本文分析和比较了“FFT-DFT”和“FFT-FFT”两种多波束设计方案的模拟处理结果,从而表明“频率域上合成波束”的信号处理方案能够成功地用于构成长线阵的多波束检测系统;并且也对有关理论分析所预示的结果作了验证。     

基于小波支持向量机的模拟电路故障诊断

在模拟电路故障诊断中,提出了利用小波分析与支持向量机结合的系统方法,利用小波变换对信号进行特征提取得到特征向量并作为支持向量机的训练向量,得到故障分类器。针对激励信号必须能够充分地激励电路的需求,提出一种通用激励信号——连续多抽样函数,利用抽样函数在带通区间内频谱分布均匀且能量相同这一特点作为模拟电路的通用激励信号。仿真结果表明,该激励条件下,利用小波-支持向量机能够较好地对模拟电路进行故障诊断。     

一种基于高阶累计量的相干干扰抑制方法研究

常规的自适应数字波束形成方法仅限于利用信号的二阶统计特性,当其工作在相干干扰环境中时,由于接收信号协方差矩阵的信号子空间的一些向量收敛到噪声空间中,此时二阶统计量方法无法准确提取干扰方位信息,从而导致该波束形成器很难取得较好的抗干扰性能。因为高阶累计量能包含更多的统计信息,运用高阶累计量方法来提取干扰信号方位信息,然后根据最小均方误差准则来形成波束图,试验表明基于高阶累计量的自适应波束形成方法能够较为有效地抑制相干干扰源,并且该方法减少了对阵列流型的依赖,具有较好的容差性。     

CDMA系统中一种反向链路自适应波束成形算法

在已有波束成形算法基础上,针对码分多址(CDMA)系统反向链路,给出相应智能天线信号模型及性能分析;并基于最大功率输出准则,采用幂法迭代计算,提出一种适合于高速环境的自适应波束成形算法.与原有一些算法相比,该算法仅计算解扩后信号的最大特征矢量,有效地降低了计算量,且性能稳定;可很好地应用于高速车载多径环境.计算机仿真结果表明在相同衰落情况下所提算法性能可接近于性能较好的码滤波法,但复杂度远低于后者,从而实现了以低的计算复杂度获得较好的系统性能.     

基于投影对消处理技术的稳健自适应波束形成

针对传统自适应波束形成算法中目标波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计不准确引起的波束形成性能下降问题,提出了一种采用投影对消矩阵的稳健自适应波束形成算法.首先,寻找与估计波达方向有最大相关性的特征矢量作为目标信号特征矢量,然后构建对消矩阵消除协方差矩阵中的信号分量,最后通过增加零点约束实现干扰抑制.与传统对角加载类稳健波束形成算法相比,所提算法不受对角加载因子的影响,且在信干噪比较大时仍然具有良好的抗干扰性能.仿真对比实验验证了所提算法的有效性.     

A novel adaptive beamforming algorithm for antenna array CDMA systems with strong interferers

Blind beamforming based on the maximum signal-to-noise ratio (MSNR) can improve the performance of an array system only when the processing gain of the given code-division multiple-access (CDMA) system is high enough such that the desired signal can become dominant after despreading (see Choi, S. and Shim, D., IEEE Trans. Veh. Technol., vol.49, p.1793-1806, 2000; Choi, S. and Yun, D., IEEE Trans. Antennas Propagat., vol.45, p.1393-1404, 1997). We consider a maximum signal-to-interference-plus-noise ratio (MSINR) beamforming. The MSINR performance criterion is chosen to deal with strong interferers effectively. It is shown that blind MSINR beamforming is possible by directly utilizing the input and output signals of correlators of the CDMA systems. In addition, we propose an adaptive beamforming algorithm at a lower computational complexity - about O(7.5N) - where N is the number of antenna elements of the array system. Simulation results are presented in various signal environments to show the performance of the proposed adaptive algorithm.     

用于增强信号的自适应广义特征向量跟踪算法

广义特征分解技术在现代自适应信号处理中占有重要地位.本文提出了一种新的无约束损失函数用于广义特征分解,并且分析了损失函数的特性.通过应用递推最小二乘(RLS)技术来最小化损失函数,得到了用于求解最大广义特征值对应的广义特征向量的自适应算法.并将这种算法应用于CDMA系统中的智能天线波束形成问题.仿真结果表明算法具有快速收敛和动态跟踪能力.     

DS-CDMA系统中基于最大特征值的ESB算法

针对DS-CDMA系统,在基于特征空间(ESB)自适应波束形成算法的基础上提出了一种基于最大特征值的改进算法,该算法利用阵列接收信号协方差矩阵最大特征值所对应的特征向量构成子空间,摈弃了权向量在干扰信号子空间及噪声子空间中的分量.改进算法结构简单、运算量低.计算机仿真和分析证明该算法性能要优于常规ESB算法的性能.     

Robust cyclic adaptive beamforming using a compensation method

This paper deals with the problem of robust adaptive array beamforming using signal cyclostationarity. The constrained cyclic adaptive beamforming (C-CAB) algorithm presented by Wu and Wong (1996) [6] has been shown to be effective in performing adaptive beamforming without requiring the direction vector or the waveform of the desired signal. However, this algorithm suffers from severe performance degradation even if there is a small mismatch in the cycle frequency of the desired signal. In this paper, we first evaluate the performance degradation of the C-CAB algorithm in the presence of cycle frequency error (CFE). A novel compensation method in conjunction with the subspace projection is then proposed to tackle the problem due to CFE. We reconstruct the required cyclic conjugate correlation matrix by using a compensation matrix to cope with the deterioration of its dominant singular value when CFE exists. Finally, several simulation examples are provided to show the effectiveness of the proposed algorithm.     

A Class of Adaptive Cyclostationary Beamforming Algorithms

One of the main benefits of the cyclostationary beamforming algorithms is their ability to extract signals from co-channel interference with only a knowledge of the cycle frequency. In this paper, we study the popular cyclostationary beamformers, and propose five new algorithms, namely, the adaptive cyclic adaptive beamforming (ACAB), adaptive cross-SCORE (ACS), constrained least-squares (CLS), adaptive phase-SCORE (APS), and maximal constrained autocorrelation (MCA) algorithms. All these algorithms are adaptive and have a computational complexity of O(n ²) complex multiplications, where n is the number of array elements. A comparative study of these algorithms is made based on numerical simulations. Each of these algorithms has specific application scenarios. The ACS and the APS algorithms are particularly suited for very adverse signal environments. The ACAB, MCA and cyclic adaptive beamforming (CAB, from the work of Wu and Wong) algorithms can provide good performance in the case of medium or weak interference, while the CLS algorithm is especially suitable for weak interference. The CAB algorithm is shown to be a special case of the least-square self-coherent restoral (LS-SCORE) algorithm. Some insights as to how one can assign carrier frequency and symbol rate during digital modulation are also suggested. The proposed adaptive algorithms are easy to implement, and thus are very promising for applications in wireless and mobile communications. This work was supported by the NSERC of Canada.     

基于自适应拟牛顿法的CDMA天线阵列波束形成

针对于CDMA系统自适应天线阵列,提出了一种新的盲自适应MSINR(Maximum Signal-to-Interference plus noise ratio)波束形成算法.首先,将MSINR准则转化为一种新的无约束损失函数,并且从理论上分析该损失函数的性质.然后,应用自适应拟牛顿方法得到在线迭代波束形成算法.该算法无需训练序,而是利用CDMA信号自身的结构特点,结合空间处理提高了系统性能.最后,给出了仿真结果,表明算法具有较快的收敛速度和良好的动态跟踪能力.     

New adaptive beamforming algorithm employing forward/backwardaveraging and signal enhancement schemes

We introduce the new adaptive beamforming algorithm which improves the performance of an adaptive antenna array system through a forward/backward averaging scheme of the post-correlation signal vector and a signal enhancement scheme using Hermitian Toeplitzation of an array covariance matrix in DS/CDMA. A forward/backward averaging scheme decorrelates the received correlated signal after despreading in a matched filter and the Hermitian Toeplitzation scheme enhances the performance of the received signal by removing the undesired effect obtained from an array covariance matrix estimation. It is shown through simulation results that the performance of the proposed algorithm is very superior to that of the conventional Wiener maximal ratio combining (MRC) algorithm     

基于SMI－CMA联合自适应算法的性能分析

恒模算法(CMA)被广泛地应用到盲自适应波束形成中，除了传输信号波形具有恒定的包络外．CMA不需要先验知识。基于SMI—CMA算法的恒模(CM)阵列级联的结构，由SMI算法决定CMA的初始权向量．系统可以分离多个同信道信源，在干扰信号较强时，仍有稳定的SINR输出，具有较好的收敛速度。仿真结果也证明了SMI—CMA算法具有较强的稳健型和较快的收敛速度。