小型阵列宽带恒定束宽波束形成器仿真研究

关于优化宽带恒定束宽波束形成,是阵列小型化和对低频宽带信号探测的核心问题.为了研究阵元间距小于四分之一波长的线列阵的宽带恒定束宽波束形成器设计,提出了FIR滤波器的适用于小型传感器阵列的时域恒定束宽波束形成方法,分析了频域和时域宽带波束形成的特点,进行了时域宽带恒定束宽波束形成器的设计.根据最小均方准则,求出了频域子带波束形成加权向量,使工作频带内各子带波束主瓣趋近于期望波束,同时控制工作频带内波束旁瓣响应幅度,波束图主瓣形状设计与期望频率响应FIR滤波器的设计问题都转化为二阶锥规划方法,从而实现工作频带内的恒定主瓣束宽.通过仿真证明,改进方法可使密排阵列在2000Hz ～ 4000Hz工作频段范围内具有恒定束宽的方向特性.     

一种宽带恒定束宽自适应波束形成算法

在宽带恒定束宽波束形成中,强干扰信号是导致波束性能下降的一个重要原因.为了抑制强干扰信号特别是快速运动中的强干扰信号,提出了一种宽带恒定束宽自适应波束形成算法.首先采用一种具有零陷控制特性的自适应波束形成技术形成参考波束图,然后利用二阶锥规划的方法计算出其它子带上与参考波束图既有相同主瓣响应又有相同零陷响应的自适应权向量,同时通过对白噪声增益的限制来保证算法的稳健性.不仅具有恒定束宽波束的特性,而且具有自适应波束零陷控制的特性,从而保证对强干扰信号有较强的抑制能力.仿真结果验证了该算法的有效性.     

基于二次型约束的稳健宽带恒定束宽波束形成

针对期望信号导向矢量失配时传统宽带波束形成器性能恶化的问题,提出一种稳健的宽带恒定束宽波束形成算法。首先结合空间响应变化(Spatial response variation, SRV)约束,将算法在信号带宽内不同频点的阵列响应约束简化为对某一参考频点的约束,实现具有恒定束宽特性的宽带波束形成,再通过对权矢量模值施加二次不等式约束,抑制指向误差及传感器参数随机扰动误差,提高算法的稳健性,并通过拉格朗日乘子法,在约束边界上求得最优权矢量的解析解。实验结果表明算法可有效克服信号指向误差引起的波束形成器性能恶化问题,且具有良好的恒定束宽特性及较高的阵列输出性能。     

均匀线列阵时域宽带波束形成方法研究

时域宽带恒定束宽波束形成技术一般采用特殊频率响应的FIR滤波器组实现对不同频率的加权.对水下常用的均匀线列阵,利用切比雪夫方法设计了形成宽带恒定束宽波束的权值.通过对切比雪夫方法设计权值特性的分析,推导出实现加权的FIR滤波器组的相位响应关系式.根据推导结果得出设计的FlR滤波器组应为一组斜率不同的线性相位响应FIR滤波器.推导了滤波器组相位响应的计算公式.给出三种特殊频率响应FIR滤波器设计算法.通过仿真结果比较了三种方法设计的用于实现均匀线列阵恒定束宽加权的FIR滤波器组的性能.     

一种改进的非均匀线列阵宽带波束形成方法

研究无线网络宽带信道优化问题,关于非均匀线列阵可以使用较少的阵元避免栅瓣的出现,针对非均匀线列阵的宽带波束形成问题.采用非均匀线列阵进行宽带波束形成方式,为了使非均匀线列阵在无失真接收信号的同时更好地抑制噪声,需要设计低旁瓣的宽带恒定束宽波束;利用渐近理论宽带非均匀线列阵的设计方法和优化方法相结合,提出了一种改进的宽带非均匀线列阵的设计方法,并给出了一个设计实例.仿真结果表明,方法可以在使用较少阵元数的情况下避免栅瓣的出现,同时得到低旁瓣的宽带恒定束宽波束,更好地满足波束性能要求,提高了宽带性能.     

基于仿真退火算法的任意阵列宽带波束形成

提出了基于仿真退火算法优化思想的任意宽带波束设计方法,其期望响应由工作频带划分成的等间隔窄子带上旁瓣波束形成权系数构成。各个子带上的低旁瓣波束则采用基于仿真退火波束形成原理的波束优化设计方法得到。借助计算机对二十四元圆阵进行波束优化设计。结果表明,使用上述方法设计的波束与常规方法相比,获得了更低的旁瓣级和更稳定束宽,充分说明了方法的可行性和有效性。     

基于遗传算法的宽带目标波束空间DOA估计

提出一种基于遗传算法的宽带目标到达方位(DOA)估计新方法,该方法首先通过傅立叶变换方法设计频域恒定束宽转换矩阵,并使用该矩阵将阵元空间的数据转换到波束空间,同时,利用宽带波束空间遗传算法进行DOA估计。计算机仿真表明:在低信噪比条件下该算法相比于CSS类子空间算法、CSS类最大似然算法和阵元空间遗传算法有更高的分辨概率,更小的均方误差。     

基于二阶锥规划的宽带波束形成器设计

宽带波束形成器有两种典型的实现方式,分别基于FIR滤波器和基于长方形阵列,将这两种波束形成器的波束响应表达为统一的形式,并根据参考波束的选择情况,为该类波束优化问题的求解建立了数学模型,该数学模型属于二阶锥约束问题,可以用二阶锥规划方法进行求解。仿真结果表明,提出的求解宽带恒定束宽响应波束形成器权系数的数学模型具有通用性,并且把二阶锥规划方法运用到宽带波束形成器优化设计中,其约束控制灵活,问题求解方便,设计结果精确。     

宽带频率-方向不变恒定主瓣波束形成

常规波束形成主瓣随频率和指向变化,为了实现频率方向二维主瓣恒定,本文基于约束优化的方法,提出了一种宽带频率-方向不变恒定主瓣波束形成算法,并将之应用到宽带信号DOA估计中。首先在参考频率上约束方向不变主瓣恒定,然后在不同指向上约束频率不变主瓣恒定,并将约束问题表示为标准的二阶锥规划形式,运用SeDuMi求解最优权向量。仿真实验表明,本文提出的算法能够实现不同频率不同指向上波束主瓣恒定,与频率不变波束相比,采用频率-方向不变波束的DOA估计方法降低了信噪比分辨门限,提高了估计精度。     

导向矢量存在匹配误差时Capon波束校正算法

针对信号导向矢量存在匹配误差时提出一种Capon波束校正算法.该算法利用噪声子空间与期望信号导向矢量正交的特点,首先通过构造代价函数估计来波信号的方向角;然后在约束最优的基础上对误差进行迭代估计;最后对导向矢量进行校正并进行波束形成.本文通过计算机仿真验证了该方法的有效性.