六角形陣傅立葉變換自適應(yīng)波束形成及其RLS算法研究.pdf

1、六角形陣具有最佳的空間采樣性能，在實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。對于一個(gè)聲吶系統(tǒng)而言，信號處理是其中最重要的部分，而波束形成又是近代聲吶信號處理系統(tǒng)的核心。波束形成是一種運(yùn)算密集的算法，尤其是隨著大孔徑基陣在現(xiàn)代聲吶系統(tǒng)中的應(yīng)用，如何高效地完成波束形成已經(jīng)成為一個(gè)重要的問題。在常規(guī)波束形成的基礎(chǔ)上，為了使波束形成器可以抑制在海洋環(huán)境中普遍存在的強(qiáng)干擾，自適應(yīng)波束形成成為了研究的一個(gè)重點(diǎn)與熱點(diǎn)。常用的自適應(yīng)算法有LMS(Least Mean S

2、quare)和RLS(Recursive Least Square)兩種，RLS算法性能優(yōu)越，適用于非平穩(wěn)的海洋環(huán)境。但是常規(guī)的RLS算法(Conventional RLS，CRLS)的一個(gè)重要缺陷是它不具備數(shù)值穩(wěn)定性，因而限制了它在實(shí)際系統(tǒng)中的使用。本文將逆QR分解(Inverse QR．Decomposition，IQRD)用于自適應(yīng)波束形成，并與RLs算法相結(jié)合，研究具有數(shù)值穩(wěn)定性的IQRD-RLS自適應(yīng)波束形成算法。 無

3、論是常規(guī)波束形成還是自適應(yīng)波束形成，基本的運(yùn)算都是數(shù)據(jù)向量與權(quán)向量的內(nèi)積，這種兩個(gè)向量的內(nèi)積實(shí)質(zhì)上是一種空間傅立葉變換。常規(guī)波束形成的權(quán)向量就是平面波信號假設(shè)下的陣響應(yīng)向量，自適應(yīng)波束形成的權(quán)向量則是平面波信號假設(shè)下的陣響應(yīng)向量經(jīng)過干擾和噪聲背景的白化濾波修正(即左乘干擾與噪聲相關(guān)矩陣的逆)得到的。建立在空間域傅立葉變換基礎(chǔ)上的空間濾波與建立在時(shí)間域傅立葉變換基礎(chǔ)上的時(shí)間濾波存在對應(yīng)關(guān)系，本文論證了空，時(shí)處理的一致性，像時(shí)間濾波一樣，將

4、波束形成納入到傅立葉變換的框架下。針對所采用的六角形陣，使用六角形傅立葉變換及其快速算法，并與IQRD-RLS算法相結(jié)合，完成自適應(yīng)波束形成的理論和仿真研究。最后利用湖上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了提出的六角形快速傅立葉變換一逆QR分解RLS(HFFT-IQRD-RLS)自適應(yīng)波束形成算法具有良好的性能。 本文的主要結(jié)果有： (1)將常規(guī)波束形成與自適應(yīng)波束形成建立在傅立葉變換的框架下，通過快速傅立葉變換的應(yīng)用，提高了這兩種算法的效率

5、。 (2)對RLS算法的性能加以研究，特別關(guān)注它在有限精度系統(tǒng)中的數(shù)值穩(wěn)定性。通過計(jì)算機(jī)仿真，證實(shí)了把IQRD-RLS算法用于自適應(yīng)波束形成較之CRLS算法具有數(shù)值穩(wěn)定性。 (3)在六角形陣中，使用六角形傅立葉變換及其相應(yīng)的快速算法完成六角形陣的常規(guī)波束形成和自適應(yīng)波束形成。把IQRD-RLS算法與六角形快速傅立葉變換相結(jié)合，得到HFFT-IQRD-RLS自適應(yīng)波束形成算法，在保證波束形成器性能的同時(shí)較大地減少了計(jì)算量。