基于STAP 杂波抑制的子阵优化技术

新一代相控阵雷达的天线阵列规模庞大,一般含有几百乃至上万个阵元。在阵元级实现自适应波束形成抗干扰和空时自适应处理杂波抑制,会极大地增加系统开销,甚至难以实现。在实际应用中,考虑到系统成本、信号处理运算量等因素,需要将大型阵列划分为适当的子阵,以减小接收所需通道数。文中通过子阵优化划分数学建模,研究子阵划分对干扰、杂波抑制性能的影响,探索最优子阵划分的数学求解方法,为大型阵列雷达研制提供理论支撑和工程可实现算法。     

大型阵列降维-和差多波束形成的联合优化算法

 大型、超大型相控阵列由于具有高增益、指向性强等优点得到越来越广泛的应用,数字波束形成具有抗干扰、波束切换灵活等优点,而基于大型全阵列数字波束形成需要庞大馈电网络与接收/发射通道而面临高成本、低实时性等缺点.针对此,本文提出了一种用于大型阵列的阵列降维-和差数字多波束形成的联合优化算法,该算法对大型阵列采用模拟和数字联合和差多波束形成,通过基于模拟退火、遗传算法和粒子群智能优化算法的子阵划分优化和子阵级与阵元级的和差联合加权逼近优化,保证在模拟子阵方向图内无栅瓣的同时,获得尽可能好的和差波束主副比及差波束零陷深度,且增益损失较小.最后仿真实验和性能分析验证了所提算法的有效性和可行性.     

相控阵部分自适应波束形成收发算法

为减少大型相控天线阵的优化唯相权值的计算量,本文提出一种新的相控阵部分自适应波束形成的收发算法.它采用自适应部分地选择控制零点的控制阵元(PA),按照最大信干噪比原则,用部分唯相共轭梯度法计算各个阵元的优化唯相权矢量来减轻干扰的影响.模拟结果表明,当干扰数目小于阵元半数时计算性能有很大提高,同时天线远场模式的主瓣损失、波形变化及干扰方向零点深度与全阵自适应相比几乎没有变化.     

皮智能天线中的LMS自适应波束形成研究

自适应波束形成是智能天线的核心技术,其主要思想是利用自适应算法调整阵列权向量,使天线主瓣指向有用信号,干扰方向对准零陷,尽可能地提高阵列输出所需信号的强度,同时减小干扰信号的强度,从而提高阵列输出的信噪比.运用MATLAB仿真对LMS算法收敛性能进行常规研究,但重点研究了收敛因子、阵元个数、阵元间距等阵列系统因素,以及阵列接收信号过程中两波束夹角对LMS自适应波束形成性能的影响,为进一步优化自适应波束形成的性能奠定了基础.     

一种均匀圆阵子阵干扰抑制DOA估计算法

常规空间谱估计算法在强干扰背景下往往无法正确估计弱信号的来波方向。针对此问题,本文提出了一种均匀圆阵子阵干扰抑制波达方向估计算法。将整个阵列划分为若干个子阵,利用提出的最小二乘波束形成算法分别对子阵波束加权以抗干扰,加权后的子阵可以看作是一个‘有向阵元’,将它们组成一个新的虚拟阵列,再进行超分辨谱估计。该方法通过子阵波束形成抑制强干扰,子阵输出中消除了强干扰分量,因此能够实现弱信号波达方向的正确估计,同时弱信号到达角估计的成功概率也得到了提高。最后计算机仿真实验验证了本文算法的有效性和正确性。      

子阵级和差及辅助波束联合自适应单脉冲方法

数字阵列雷达在每一个阵元后有一个接收通道,若采用全自适应处理,则计算复杂度高,难以满足实时性需求。因此,对于实际的系统往往要采用降维自适应阵列处理去解决以上问题。鉴于此,提出一种子阵级和差及辅助波束联合自适应单脉冲算法。该方法基于子阵降维情况下,利用子阵合成的高增益差波束以及若干子阵合成的指向若干副瓣干扰(SLJ)方向的辅助波束来对消主副瓣干扰。理论分析和仿真结果均表明,该方法不仅在有效抑制主副瓣干扰的同时保证了高精度的单脉冲测角能力,并且进行子阵降维处理解决了相控阵体制雷达阵元数繁多所带来的问题,便于工程实现。     

天线理论、天线设计、天线方向图

0309697相控阵部分自适应波束形成收发算法[刊]/孙胜贤//电子学报.—2002,30(12).—1755～1758(K)为减少大型相控天线阵的优化唯相权值的计算量,本文提出一种新的相控阵部分自适应波束形成的收发算法。它采用自适应部分地选择控制零点的控制阵元(PA),按照最大信干噪比原则,用部分唯相共轭梯度法计算各个阵元的优化唯相权矢量来减轻干扰的影响。模拟结果表明,当干扰数目小于阵元半数时计算性能有很大提高,同时天线远场模式的主瓣损失、波形变化及干扰方向零点深度与全阵自应相比几乎没有变化。参9     

FDA-MIMO雷达主瓣欺骗干扰对抗方法

频率分集阵列多输入多输出(FDA-MIMO)雷达发射阵列中各阵元的载频相对于起始阵元存在频率偏移。基于频率分集阵列联合波束图存在的角度距离二维相关性,结合空间自适应波束形成技术可用来抑制主瓣欺骗干扰。针对FDA-MIMO 雷达波束形成抑制主瓣欺骗干扰时存在的距离周期性问题,提出了一种采用对数频率偏移来消除距离周期性的方法。该方法用对数频率偏移代替常用的线性频率偏移,克服了FDA-MIMO 雷达联合波束图的距离周期性,取得了更好的抗干扰效果。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于遗传算法的部分自适应波束形成方法

将一种改进的遗传算法用于星载平面阵列天线方向图的实时综合。为了使遗传算法适合实时应用,在唯相自适应阵列的基础上进一步采用了部分阵元和部分比特的自适应波束形成,以降低算法计算量,提高其收敛速度。对基于改进遗传算法的唯相阵列部分阵元自适应波束形成和部分比特自适应波束形成进行了研究。模拟实验结果表明,两种方案都能够在波束“凝视”方向满足一定增益的前提下有效抑制来自旁瓣的强干扰,而且具有比传统唯相算法更快的收敛速度。     

基于可变对角载入的鲁棒自适应波束形成算法

针对传统算法对方向向量偏差敏感的缺点,提出了一种基于可变对角载入的鲁棒自适应波束形成算法.为了提高算法的鲁棒性,采用非线性约束条件下的最优化阵列输出功率对信号方向向量进行优化求解,且优化解中的参量能够准确求出.为了减少计算量,采用递推算法求逆矩阵并利用泰勒级数展开,推导出基于可变对角载入的权重向量公式.该算法可有效地抑制方向向量偏差所带来的影响,降低了计算量易于实时实现,提高了系统的鲁棒性,改善了阵列输出的信干噪比,使其更接近最优值.仿真结果表明,该算法相对传统算法可以获得更好的性能.     

子空间重构的一类自适应波束形成算法

针对多维阵列的全维自适应波束形成算法运算量大和小样本条件下性能下降问题,该文提出采用子空间重构技术的自适应波束形成算法(SRC-BF)。该方法利用多维域的全维阵列数据可分维构造的特点,首先在训练样本集上估计分维阵列数据的信号子空间;然后基于张量积性质重构全维信号子空间并自适应剔除交叉项;最后采用子空间投影算法计算自适应加权矢量。理论分析和仿真结果表明该方法具有较低的运算复杂度,能有效提高自适应波束形成算法在小样本条件下的输出信干噪比。     

Reduced‐rank space–time adaptive interference suppression for navigation systems based on QR decomposition and approximations of basis functions

This paper presents a novel reduced‐rank space–time adaptive processing (STAP) algorithm for interference suppression in global positioning system (GPS) receivers with low computational complexity for protection against the multipath and jamming interferences. The proposed STAP algorithm is based on the least‐squares (LS) criterion to jointly optimize a projection matrix, which is used for dimensionality reduction, and the reduced‐rank filter. The main novelties are the design of the projection matrix based on approximations of basis functions, the pattern matching between the projection matrix and the received data, and the derivation of a QR decomposition‐based reduced‐rank recursive LS algorithm for practical implementations. The proposed scheme works on an instantaneous basis, i.e. at each time instant, the most suitable pattern and the rank of the projection matrix are selected to reduce the dimensionality of the received data aiming at minimizing the squared error, while using an improved search algorithm to save the effort in finding the best projection matrix. Simulation results in a GPS system show that compared to existing reduced‐rank and full‐rank algorithms, the proposed algorithm has a much lower computational complexity, and remarkably better performance for interference suppression. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于循环特性的均匀圆阵快速空间谱计算

针对在阵元数多、分辨率要求高的情况下,基于均匀圆阵的空间谱直接计算方法存在计算量大、实时性差的缺点,利用循环矩阵、离散傅里叶变换、卷积运算之间的内在联系,提出了一种快速空间谱计算方法.仿真结果表明,在保持测向性能完全一致的情况下,所提快速算法降低空间谱计算过程中角度搜索阶段的计算量随阵元数增加而增加;且在相同计算量条件下,所提快速算方法可以用于更高精度和分辨率的角度搜索.     

稳健的宽带多径干扰抑制波束形成算法

针对传统宽带多径干扰抑制波束形成算法计算量大、稳健性差的问题,提出一种基于均匀直线阵的稳健宽带多径干扰抑制波束形成算法。当期望信号垂直入射时,该算法首先在波束旁瓣区域引入虚拟干扰源构造能量聚焦矩阵,通过主瓣宽度的迭代处理,整体控制输出波束的旁瓣级,将旁瓣区域能量聚焦到主瓣区域,实现多径干扰条件下的宽带波束形成;然后对期望信号和辅助方位角施加相位响应约束,将其扩展至期望信号非垂直入射和存在指向误差的情况,与传统宽带多径干扰抑制波束形成算法相比,在提高算法稳健性的同时大大降低了计算复杂度;最后仿真分析与实际数据验证表明,该算法能够有效的抑制多径干扰,稳健性较好且具有较高的输出信干噪比。      

最大阵元利用率MIMO雷达阵列优化快速算法

针对MIMO雷达最大阵元利用率阵列结构优化算法中使用穷举搜索运算量太大的问题,提出了一种快速算法。该算法在只包含两个阵元的最优阵列基础上,通过迭代的方式向前一个最优阵列增加一个新阵元来寻找包含指定阵元数的最优阵列。文中对该算法的有效性进行了证明,并与穷举搜索方法做了复杂度比较。理论分析和仿真实验表明,该算法能够显著降低运算量,尤其在阵元数目较大时具有明显优势。并且,在阵元数一定的情况下,所得到的优化阵列与穷举搜索的结果具有等同的性能。     

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。     

利用联合互质阵列的卫星导航抗干扰算法

随着电磁环境越来越复杂,全球卫星导航系统(GNSS)受到的干扰越来越多。基于均匀间距阵列的抗干扰算法已广泛运用于GNSS干扰抑制中,但是均匀线性阵列抑制干扰的性能受到天线阵元个数和阵列孔径的严格限制。本文提出了一种基于联合互质阵列的卫星导航抗干扰算法,能够在不增加阵元的情况下获得较大的阵列孔径,提高了干扰来向估计性能且不需要知道干扰个数。该方法首先利用互质阵列的空间谱估计方法估计出干扰来向,然后,利用估计出的干扰来向构造干扰子空间,并通过正交子空间投影算法抑制干扰。算法提高了卫星导航系统的抗干扰性能,仿真实验验证了该算法的有效性。      

基于阵列流型盲辨识的MIMO雷达二维DOD和二维DOA联合估计

MIMO（Multiple Input Multiple Output）雷达基于分集增益理念,使其相对于相控阵雷达,在目标探测、参数测量、多目标分辨及干扰识别和抑制等方面具有明显优势.目标角度估计是雷达目标参数测量的核心内容,也是雷达对空域目标进行定位和跟踪的前提.本文基于双L型阵列,提出了一种高精度低复杂度的双基地MIMO雷达二维离开角和二维到达角联合估计的新算法.通过对匹配滤波后的阵列接收数据进行子空间分解,实现了阵列流形矩阵的盲辨识,进而获得目标二维到达角和二维离开角的闭式解.所提算法估得的收发四维角（二维离开角和二维到达角）能够自动配对,与2-D ESPRIT（Two Dimensional Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）算法相比,运算复杂度约是其三分之一,角估计性能相当.仿真实验证明了所提算法以较低的运算复杂度,实现了对目标收发四维角的高精度联合估计.     

Beam interference suppression in multi-cell millimeter wave communications

Due to the increase in the number of users, beam switching is used for suppressing interference, which leads to higher computational complexity in multi-cell millimeter wave communications. In order to resolve this problem, a beam interference model is introduced, and a lower complexity beam interference suppression algorithm based on user grouping is proposed. The proposed algorithm operates beam switching and multi-cell cooperative transmission for a part of the users when there exists beam interference due to high user density. In particular, considering the distinct interference suffered by each user, the proposed dual-threshold user grouping method can effectively solve the frequent switching problem at the base station caused by multi-cell cooperative transmission in multi-cell environments. Simulation results show that the proposed algorithm can reduce the computational complexity of beam switching and approach ideal system capacity, compared with conventional interference suppression algorithms that do not involve grouping of users.