稳健的宽带自适应相干干扰抑制波束形成算法

针对期望信号存在指向误差和多个相干干扰时Duvall结构波束形成器性能下降问题,提出一种稳健的宽带自适应相干干扰抑制波束形成算法。该算法首先将Duvall结构波束形成器与最差性能最优波束形成算法结合,实现稳健的宽带波束形成,然后利用空间响应变化约束（SRV）将宽带波束形成等效为参考频点的波束形成,通过协方差矩阵重构,在相干干扰数目较多时,输出波束仍可以在相干干扰方向自适应地形成零陷。理论分析与仿真实验表明,该算法能够有效抑制多个强相干干扰,具有较好的稳健性。     

基于相干干扰抑制的时域恒定束宽波束形成

基于相干干扰抑制的时域恒定束宽波束形成,通过对恒定束宽波束的干扰方位上设计零陷,在时域上实现了宽带信号的高精度获取和固定方向的相干干扰抑制。时域波束形成的分步设计法分为波束优化的权值设计和FIR滤波器的系数设计两个步骤。由于分步设计法无法获得全局最优,所以得到的时域波束旁瓣和零陷的性能有所下降。本文针对分步设计法的缺陷,提出了一种基于全局设计的改进方法。该方法将波束优化的权值设计与滤波器的系数设计进行联合求解,提高了时域波束的设计精度,有利于弱信号的检测和参数估计。通过计算机仿真和水池试验验证了该方法的有效性。     

抗导向矢量失配的零陷展宽波束形成算法

针对自适应波束形成器在干扰出现扰动或期望信号导向矢量失配时,性能急剧下降的问题,提出一种抗导向矢量失配的零陷展宽波束形成方法.首先通过投影变换技术对阵列接收数据进行投影预处理,构造一个新的协方差矩阵,以扩展干扰入射角度,展宽零陷;再根据期望信号入射的大致方位,对波束主瓣进行幅度响应约束,在约束区域形成稳定的响应幅度,达到抗导向矢量失配的目的.该方法可以转化为松弛半正定规划问题进行求解.仿真结果表明:该方法能有效展宽波束的零陷宽度,加深零陷深度,同时具有良好的抗期望信号导向矢量失配的能力,提高了自适应波束形成器在复杂环境下的稳定性.     

宽带波束形成中近场补偿的实验研究

当信号源位于基阵的近场区域内时,采用近场补偿可以降低由远场假设设计波束形成器带来的性能损失。文中对用于远程电信会议系统中的近场补偿方法进行了误差分析,并将其应用于水下声纳基阵系统中。误差分析表明,对于大阵元数的阵采用近场补偿能够得到高精度的期望响应。结合32元均匀线列阵的湖上实验研究了近场对宽带波束形成器性能的影响,以及近场补偿方法对宽带波束性能的改善效果。结果表明,对测量数据进行近场补偿能够克服由近场影响引起的宽带波束的畸变,得到期望的宽带波束性能。由于近场补偿的简单可行性,文中的研究有助于推动近场补偿方法在实际声纳系统中的应用,为水下基阵选择近场宽带波束形成方法提供一定的依据。     

基于特征投影矩阵和线性约束的水声阵列信号抗主瓣干扰方法

提出了基于特征投影矩阵和线性约束的水声阵列信号抗主瓣干扰方法。该方法首先改进重构了干扰噪声的协方差矩阵,消除预处理时期望信号对主瓣干扰特征矢量选择的影响;其次,添加线性约束,保证期望信号方向增益,约束旁瓣干扰子空间置零,同时使得自适应权矢量的模最小,消除噪声抖动;最后求取自适应权矢量进行波束形成。仿真实验结果表明,本工作算法不仅在旁瓣有更深零陷,还能使主波束保形,提高了系统的输出信干噪比。     

运用权值微扰技术的雷达抗多窄带干扰方法

在自适应波束形成中,导向矢量的失配将严重影响波束方向图和干扰抑制效果;在雷达抗多窄带干扰问题中,频率偏移引起的导向矢量失配将使自适应波束形成的干扰零陷产生偏移,影响抗干扰效果.基于权值微扰技术,提出在零陷偏移处形成宽零陷,使偏移后的零陷包含干扰波达方向,拒干扰于雷达之外.仿真结果表明,该方法能有效解决多窄带干扰问题.     

阵列波束的零陷加宽算法研究

自适应波束形成算法能将零陷自动对准干扰方向,但在干扰快速移动或天线平台出现振动等情况下,很可能由于干扰位置的扰动而使自适应权和数据失配。这里通过对干扰导向矢量的左右旋转,利用对协方差矩阵的数值处理,推导出一种和干扰方向无关的自适应零陷加宽技术。由于零陷的加宽,在干扰方向与数据失配的情况下,仍能够较好的抑制干扰,从而提高算法的稳健性。通过计算机仿真,证明该算法可以达到加宽干扰零陷的目的,并使得自适应波束形成算法在干扰快速移动或天线平台轻微震动的情况下稳健工作。     

基于压缩感知的FDA-MIMO雷达波束形成算法

为保证FDA-MIMO雷达具有较高的距离维分辨率,充分利用信号在空间的稀疏特性,提出了基于压缩感知的FDA-MIMO雷达自适应波束形成算法.该算法只需对少量阵元接收通道的信号在角度-距离二维上进行压缩采样,就可以精确地恢复出满阵接收的原始信号,然后再进行自适应波束形成对主瓣干扰进行抑制.仿真结果表明,与稀疏阵相比,该算法不仅形成了高角度和高距离分辨率的点状单峰值波束,提高了目标回波能量,去除了栅瓣,并且干扰零陷更深,主瓣干扰抑制性能更好.     

近场波束零陷权声图测量干扰抑制技术

聚焦波束形成声图测量技术是一种近场高精度声被动定位技术.为了抑制近场声图测量过程中干扰声源对待检测声源定位的影响,给出了一种基于近场聚焦波束零陷权的声源干扰抑制方法.经过理论推导分别给出了权在窄带信号情况下和宽带信号情况下的解析形式,该权具有形式简单,计算量小等优点,适合实际工程应用.对权的性能进行了仿真及实验验证,结果表明,该权可以有效地在近场干扰声源位置上形成指向性零点,从而抑制掉干扰声源对声图测量的影响,改善对待探测声源的声图测量效果.     

抗干扰阵列天线的小型化及波束形成技术分析

在抗干扰阵列天线小型化的基础上,提出了一种波束形成的新技术．在实际设计中,通过减小阵列天线单元之间的间距实现了阵列天线的小型化;编制高频结构仿真VBScript脚本程序来提取阵元的有源方向图和有源阻抗数据;在Matlab中编写了基于差分进化算法的优化设计程序;通过Matlab来调用高频结构仿真进行全波仿真分析,得出最优的阵元加权因子以实现抗干扰阵列天线的波束零陷．研究结果表明,该技术能够非常精准地在干扰方向(30°,10°)上形成零陷,且零陷深度提高了32dB．     

一种稳健的零陷扩展算法

协方差矩阵求逆算法具有在强干扰条件下提取弱期望的优良性能。但算法受幅相误差影响明显,且干扰方向处的零陷宽度很窄,当干扰方向变化时会导致抑制干扰能力下降。文章利用快速测向给出的信号示向度,运用最大似然迭代估计出各信源对应方向的实际方向向量值。再利用导数约束条件对协方差矩阵求逆算法的目标函数进行约束,从而使零陷宽度得以扩展且鲁棒性增强。仿真实验验证了算法的有效性。     

Bartlett波束形成的波束零限权设计

为了抑制相干噪声源干扰,给出了一种Bartlett波束形成的波束零限权矢量设计方法,可以形成单个或多个波束指向性零点.经过理论推导给出了权的解析形式,其形式只与干扰源方位有关.与传统的自适应方法相比,它的权值不依赖于接收信号,因此具有更好的稳定性;当干扰方位确定时,权向量为只与干扰方位有关的固定形式,因此不需要实时计算,具有计算量小的优点.仿真结果表明,该权可以有效地对单个或多个干扰方向形成波束零限,且对旁瓣有一定降低作用,可用于抗相干噪声源干扰.     

无人机导航信号的增强及干扰抑制技术

自适应波束形成技术的多天线卫星导航接收机易受高动态干扰影响,导致导航信号接收性能下降,无法为无人机提供可靠的位置信息.提出一种基于最小离差准则的稳健波束形成设计方法,最小离差准则波束形成通过联合信号的各阶统计特征实现对导航信号的接收增强,同时结合最小干扰功率准则展宽波束零陷抑制高动态干扰.稳健最小离差波束形成设计方法可通过求解带有二次约束的优化问题实现.为降低运算复杂度,将二次约束替换为线性约束,并开发快速算法将运算复杂度由标准内点法的O(N3)降至O(NM2).通过计算机仿真,从波束形成器输出波束图、输出信干噪比、算法收敛速度等方面验证了方法的有效性.     

基于噪声方差性能量度的自适应阵及其抗多径效能

本文讨论采用噪声方差性能量度的自适应阵及其在多径环境中的抗干扰效能。结果表明,这种自适应天线会在信号最强路径自动形成高增益波束,而在其它路径形成波束零陷,具有较好的抗干扰能力。     

一种改进的波束空间自适应波束形成算法

在数字阵列雷达中,自适应波束形成(ADBF)算法常被用来抑制副瓣干扰.针对当阵元数较多时ADBF算法运算量很大问题,采用子阵空间或波束空间的方法进行降维处理.通过引入部分自适应阵方法对经典波束空间自适应波束形成(A-ADBF)算法进行了改进,改进后的算法不仅具备波束空间和子阵空间算法的优点,而且更加适合工程实现.仿真结果表明,该算法能有效地在干扰方向形成零点.     

一种基于混合优化算法的阵列波束形成方法

提出一种波束图设计的数值方法.该方法是组合运用了自适应阵原理和遗传算法的混合二阶优化算法.方法第一步是基于自适应理论,假定阵列为一自适应阵,通过在其波束图的旁瓣区布置大量的干扰信号以实现旁瓣控制.通过多次调整干扰强度,可以获得初始波束图.根据初始波束图建立新的期望波束图,基于估计波束图和期望波束图之间差别,建立误差能量函数.采用标准遗传算法通过最小化误差能量函数来实现波束图优化设计.双圈圆环阵的设计实例说明了算法的有效性.设计波束图的具体参数表明了其优良的性能.对于任一给定阵,该方法可设计给定指向方位、具有更低旁瓣的波束图.如果不能设计出期望特性的波束图,该方法可设计出最佳可得的波束图.     

相位控制形成阵列零陷的技术

针对传统零陷技术计算大量的问题,提出了一种不同于传统相位控制方法的相位控制形成零陷的新方法,它是一个无约束极值优化问题.首先提出一个干扰抑制比概念,并构造一个非线性代价函数,然后利用最速下降法,通过最小化该代价函数,求取线阵阵元最优的相位扰动值,从而能够在多个干扰源方向形成零陷.仿真结果表明,采用提出的零陷形成技术,能够在多个干扰源方向形成深度零陷而不影响主瓣.该相位控制形成零陷的技术突破了传统的相位控制技术要求零陷个数必须远小于阵元数的限制.     

一种改进的米波圆阵雷达抗干扰方法

为提高米波圆阵雷达的抗干扰性能，结合最小二乘静态方向图综合和正交投影算法提出了一种改进的米波圆阵雷达抗干扰方法．该方法利用最小二乘静态方向图综合获得静态加权矢量，然后用Gram-Schmidt正交投影法在干扰方向形成零陷对干扰进行抑制．该方法能够准确地在干扰方向形成零陷，有效降低输出方向图副瓣高度，同时无需特征分解，无需估计整个协方差矩阵，因而其运算量比采样矩阵求逆算法（SMI）小得多．理论分析和计算机仿真验证了该方法的有效性．     

联合协方差矩阵重构和ADMM的鲁棒波束形成

为解决传统波束形成器在干扰位置发生扰动和导向矢量失配时,造成自适应权重的不匹配,从而导致算法性能急剧下降,甚至期望信号相消的问题,提出一种联合协方差矩阵重构和交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers, ADMM)的鲁棒波束形成方法。对此,首先基于波束形成器最大输出功率准则,设计了求解最优导向矢量的优化模型。接着,根据Capon算法空间功率谱函数,利用定义的干扰范围对协方差矩阵进行重构,以展宽零陷并增强系统抗运动干扰能力。最后,关于导向矢量的二次不等式约束问题,本质为估计导向矢量和期望导向矢量间的差异,该方法利用ADMM对该二次规划问题进行迭代求解,并在每次迭代中获得导向矢量的具体解。另外,也分析了算法的复杂度。实验结果表明：对比现有的波束形成算法,在干扰处加宽了零陷,提高了波束的抗干扰性;结合复杂度也证明了其计算速度优于现有的算法,并且能够很好地校正失配导向矢量。本方法也为求解二次不等式约束问题和提高波束形成算法性能提供了一种思路和途径。     

兼顾远场和近场性能的便携式三维声纳设计

为了降低三维成像声纳系统的复杂度,并保证系统在整个水下探测范围内具有准确的波束图,提出兼顾远场和近场性能的便携式三维成像声纳设计方法. 该设计采用十字型阵列实现三维声纳成像,相比平面阵,极大降低了硬件复杂度,设备灵活轻便. 针对发射阵列,提出近场条件下的多频发射波束形成算法,根据十字型阵列的景深划分多个发射聚焦区间,并通过菲涅尔近似,配置各聚焦区间的时延参数,保证近场的波束性能. 针对接收阵列,提出优化的CZT (chirp zeta transform) 波束形成算法,可实现远场和近场条件下的快速波束形成,且计算量低于其他波束形成算法. 仿真实验表明,在近场聚焦区间内,该算法的角度分辨率和旁瓣高度变化差异较小,波束图性能稳定. 实际水下实验证实该设计可以在探测场景内获得清晰的水下三维图像.