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     

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。      

导向矢量和协方差矩阵联合迭代估计的稳健波束形成算法

针对自适应波束形成器在目标导向矢量存在约束偏差时性能急剧下降的问题,该文提出一种目标导向矢量和干扰噪声协方差矩阵联合迭代估计的稳健波束形成算法。该算法首先采用稀疏重构的方法得到目标导向矢量的初始值,并通过从采样协方差矩阵中剔除目标信号估计值完成干扰加噪声协方差矩阵的初始化;然后在建立导向矢量误差优化模型的基础上,采用凸优化方法对目标导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵联合迭代求解。最后利用目标导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵的稳态估计值获得自适应权矢量。仿真结果表明该算法提高了波束形成器在目标导向矢量约束偏差时的输出信干噪比。     

基于二阶锥规划的相干信号自适应波束形成

针对常规自适应波束形成器只能用于非相干信号波束形成这一缺陷,提出了一种基于二阶锥规划的相干信号自适应波束形成方法.首先对接收到的信号的自相关矩阵进行Toeplitz重构,使其秩等于干扰和信号的数目;然后在保证波束形成器对期望信号无失真输出和波束旁瓣级电平低于给定要求值的前提下,使波束输出功率最小化,同时对系数的范数进行约束以保证波束形成器的稳健性;最后将波束形成器的设计问题转化为凸优化中的二阶锥规划问题,用MATLAB中的SeDuMi工具箱进行快速求解;仿真结果和数据分析表明了该方法有效性.     

一种稳健自适应多波束形成算法

在快拍数较少且多个输入期望信号功率差异较大的情况下,针对多数自适应多波束形成算法难以同时保持强弱期望信号波束稳健性的问题,文中联合子空间变换技术以及对角加载技术对协方差矩阵进行重构,提出了一种基于协方差矩阵重构的稳健自适应多波束形成算法。该算法不仅能够在快拍数较少且多个期望信号功率差异较大情况下同时保持各波束主波束无畸变,而且能够保持各波束零陷的稳健性。最后,通过波束图对比仿真实验分析验证了重构协方差矩阵对强弱期望信号波束主瓣与零陷稳健性的提升,并且通过输出信干噪比对比实验证明了文中提出的自适应多波束形成算法抗干扰性能更优。      

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。     

一种低副瓣稳健自适应波束算法

本文提出一种新型低副瓣自适应波束形成算法,解决了传统自适应波束形成器在干扰和高信噪环境下算法性能急剧下降的问题,并降低了快拍数对算法稳健性的影响。该算法基于标准Capon波束形成器,利用消除空域噪声的方法提高期望矢量的重估精度,并结合功率估计算法重构出干扰噪声协方差矩阵;然后使用特征干扰相消算法二次重构噪声协方差矩阵得到最优权值,增强算法在低样拍下的稳定性;最后对最优权值进行切比雪夫加权和二次约束实现了零陷加宽。仿真实验结果表明：新算法计算量小,旁瓣电平低,降低了在干扰运动和导向矢量失配时快拍数和信噪比对性能的影响。     

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。     

强相干干扰下基于二阶锥规划的圆弧阵宽带二维成像

该文针对水下目标2维成像在强相干干扰情况下,目标亮点容易被淹没的问题,以及圆弧阵波束的高旁瓣给图像检测带来较多虚警的缺陷,提出基于二阶锥规划的宽带2维成像优化方法。该方法在对相干干扰抑制的同时,很好地控制了波束的旁瓣。分析了2维成像算法流程中由于时域滑窗导致阵列的接收信号矢量与阵列流形不同,造成二阶锥规划设计的权值与阵列的接收信号矢量失配,旁瓣控制和零陷设计无法满足设计的要求。针对该问题提出利用计算出的滑窗理论阵列的接收信号矢量代替阵列流形来进行二阶锥权值设计的方法,通过改进的二阶锥权值,将波束优化与圆弧阵的2维成像优化相结合。计算机仿真和水池实验都验证了该方法的有效性。     

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。     

Adaptive null steering beamformer implementation for flexible broad null control

An implementation of adaptive null steering beamformer for flexible broad null control, based on constrained recursive updating of array response zeros and spatial FIR filters, is presented. The design allows the beamformer to form broad nulls and control their widths readily. The new method is of great advantage for sensor array in which the number of array elements is very large compared with the number of interferences the array is designed to suppress. The new beamformer is useful and effective in the environment where both stationary and moving interference signals exist since it can steer both sharp and controlled broad nulls in the appropriate directions. When compared with the conventional LMS covariance matrix taper (CMT) based broad null synthesis method, the proposed beamformer has a faster convergence rate; and compared with the QR-RLS CMT based broad null synthesis method, the proposed method has a lower complexity.     

一种低快拍情况下稳健的波束形成算法

针对低快拍情况下自适应波束形成器输出方向图存在主峰偏移,副瓣电平较高的问题,该文提出一种低快拍情况下稳健的波束形成算法。算法通过对线性约束最小方差(LCMV)波束形成器的输入信号协方差矩阵进行指数修正,改善了采用协方差矩阵求逆（SMI）算法的LCMV波束形成器输入信号协方差矩阵小特征值在低快拍情况下的发散程度,从而可在减小主峰偏移的同时,有效地解决副瓣电平较高的问题;最后通过分析波束形成器输出信干噪比(SINR)随修正指数变化的情况,给出算法修正指数的取值范围。计算机仿真结果验证了该算法的有效性和优越性。      

Robust adaptive beamforming based on the eigenstructure method

In a linearly constrained beamformer with imperfect arrays, the authors investigate the cause of cancelling the desired signal from a viewpoint based on the eigenstructure properties of the array covariance matrix. Based on this cause, they propose a robust beamforming algorithm. As an adaptive algorithm of the proposed beamformer, the present a data-domain signal subspace updating algorithm     

Adaptive nulling beamformer for rejection of coherent and noncoherent interferences

An adaptive beamforming method is presented which rejects coherent and noncoherent interferences by using an interference subspace, which is efficiently obtained from a submatrix of the covariance matrix of received signals. The use of the submatrix enables an increase in the effective array aperture size, as compared with the existing correlation-vector-based beamformer (CVB). As a result, the proposed beamformer can provide superior performance than conventional methods such as CVB and the weighted spatial smoothing (WSS).     

基于自适应变换矩阵的数字波束形成方法

与全自适应数字波束形成(ADBF)算法相比,运算量较小的部分ADBF算法性能存在一定程度的下降.为此文中研究了一种基于自适应变换矩阵的数字波束形成方法(T-ADBF).该方法利用对干扰形成的零陷信息,采用零点预处理算法自适应获得新变换矩阵,以形成新的波束指向.性能分析与仿真结果表明,该方法可在运算量少量增加的条件下,不损失系统自由度,接近ADBF算法的性能,具有显著的优越性.     

基于压缩感知的单通道鲁棒自适应波束形成算法

针对在低快拍以及导向矢量存在误差等情况下自适应波束形成鲁棒性下降的问题,该文提出一种基于压缩感知(CS)的单通道鲁棒波束形成算法。首先提出一种新的单通道阵列体制,建立阵列信号压缩感知模型,并验证其感知矩阵满足约束等容(RIP)条件,在此基础上,采用快速的鲁棒平滑L0(RSL0)算法重构信号干扰矩阵,最后以表征阵列鲁棒性的阵列灵敏度作为目标函数,以干扰矩阵作为约束条件,形成有效波束。计算机仿真表明算法只需一个射频通道,即可在低快拍下有效抑制相干、非相干干扰信号,并可避免因通道间不一致造成的鲁棒性问题,验证了算法的有效性和优越性。