陣列天線穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法研究.pdf

1、自適應(yīng)波束形成技術(shù)是陣列信號(hào)處理的重要分支，是空間信號(hào)處理中增強(qiáng)期望信號(hào)，抑制干擾信號(hào)的有效方法，可廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、聲納、射電天文、語(yǔ)音信號(hào)處理以及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多國(guó)民經(jīng)濟(jì)及軍事領(lǐng)域。自適應(yīng)波束形成技術(shù)在理論上日趨成熟，但是在工程應(yīng)用中仍面臨許多實(shí)際問(wèn)題。其中，實(shí)際系統(tǒng)中存在的各種誤差，會(huì)直接影響到自適應(yīng)波束形成算法在實(shí)際中的應(yīng)用效果。因此如何提高自適應(yīng)波束形成算法的穩(wěn)健性能一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文主要對(duì)穩(wěn)健的自適應(yīng)

2、波束形成技術(shù)進(jìn)行了研究。論文的主要工作如下：
　　針對(duì)常規(guī)Capon波束形成算法存在的問(wèn)題，通過(guò)使期望信號(hào)的導(dǎo)向矢量在噪聲子空間投影最優(yōu)，提出了一種基于導(dǎo)向矢量不確定集約束的穩(wěn)健Capon波束形成算法。算法通過(guò)對(duì)陣列協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解得到噪聲子空間，并利用特征向量的結(jié)構(gòu)特性推導(dǎo)出了最優(yōu)對(duì)角加載量的解析表達(dá)式。針對(duì)通用信號(hào)模型下的穩(wěn)健波束形成問(wèn)題，提出了一種基于半正定約束的最差性能最優(yōu)穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法，通過(guò)對(duì)波束形成器進(jìn)行

3、變換，得到了一種更為簡(jiǎn)單而且易于求解的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法。對(duì)波束形成算法進(jìn)行求解，不僅獲得了自適應(yīng)權(quán)矢量的近似閉式解，而且得到了一定的性能改善，并且該算法具有較低的計(jì)算復(fù)雜度。
　　針對(duì)有限采樣數(shù)據(jù)時(shí)自適應(yīng)波束形成算法性能下降的問(wèn)題，提出了一種基于陣列協(xié)方差矩陣估計(jì)的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法。該算法利用收縮方法得到一個(gè)增強(qiáng)的協(xié)方差矩陣估計(jì)值，替代傳統(tǒng)的采樣協(xié)方差矩陣，不需要任何參數(shù)的設(shè)定。為了克服陣列導(dǎo)向矢量存在誤差時(shí)對(duì)波束形成

4、器性能的影響，提出了一種基于失配誤差正交分解的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法。利用失配誤差的正交分量來(lái)修正期望信號(hào)導(dǎo)向矢量，同樣不需要參數(shù)的設(shè)定。通過(guò)將兩種算法結(jié)合，得到了一種既能改善小快拍時(shí)協(xié)方差矩陣的估計(jì)值又能克服期望信號(hào)導(dǎo)向矢量失配的混合穩(wěn)健算法。
　　多徑環(huán)境下，為克服陣列失配誤差存在時(shí)對(duì)空間平滑算法性能的影響，研究了一種基于空間平滑的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法。該算法基于最差性能最優(yōu)準(zhǔn)則，在保證所有可能的期望信號(hào)導(dǎo)向矢量和采樣相關(guān)矩

5、陣無(wú)衰減通過(guò)波束成形器的基礎(chǔ)上，使陣列輸出的干擾和噪聲功率最小化。在假設(shè)事先估計(jì)得到相干干擾信號(hào)方向的條件下，提出了一種非空間平滑類(lèi)的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法。該算法同樣基于最差性能最優(yōu)準(zhǔn)則，利用期望信號(hào)約束維持對(duì)期望信號(hào)的無(wú)畸變響應(yīng)，利用相干干擾信號(hào)約束在相干干擾信號(hào)方向形成零陷，同時(shí)利用最小化輸出功率在不相干干擾信號(hào)方向形成零陷。為了進(jìn)一步提高算法的輸出信號(hào)干擾噪聲比，通過(guò)相減操作將期望信號(hào)從接收信號(hào)中阻塞掉，然后利用相減之后的信號(hào)計(jì)

6、算權(quán)矢量。
　　基于時(shí)域?qū)拵ш嚵薪Y(jié)構(gòu)，研究了一種基于幅度響應(yīng)約束的穩(wěn)健寬帶自適應(yīng)波束形成算法。該算法利用幅度響應(yīng)約束可以精確的控制主瓣的波束形狀，有效地解決了對(duì)信號(hào)指向誤差敏感的問(wèn)題。同時(shí)，算法還利用空間響應(yīng)偏差約束以實(shí)現(xiàn)寬帶頻率不變波束形成，提高波束圖的頻率不變特性。針對(duì)空域?qū)拵ш嚵薪Y(jié)構(gòu)，提出了一種基于最差性能最優(yōu)的穩(wěn)健寬帶自適應(yīng)波束形成算法，該算法同樣利用空間響應(yīng)偏差約束以提高寬帶波束形成的頻率不變性，同時(shí)為了改善算法在各種導(dǎo)