基于非圓信號的自適應波束形成算法研究.pdf

1、自適應波束形成器是陣列信號處理的一個重要分支，它利用多個傳感器組成的傳感器陣列來接收和處理空間采樣信號，進而提取所需要的期望信號，同時抑制接收信號中不需要的干擾和噪聲成分。自適應波束形成技術經(jīng)過近幾十年的發(fā)展已日趨成熟，在通信、雷達、生物醫(yī)療以及天文等眾多領域獲得了廣泛的應用。傳統(tǒng)的自適應波束形成算法一般假定來波信號為圓信號，但是當來波信號為非圓信號時，傳統(tǒng)的自適應波束形成算法將不能給出最優(yōu)權矢量。近20年來，非圓信號的特性在信號處理領

2、域被廣泛的研究利用，為了更好的提取接收信號中包含的期望信號信息，廣義線性自適應波束形成器在近幾年被提出，它能夠最小化期望信號的最小均方誤差，所以成為研究的熱點問題。
　　在傳統(tǒng)的自適應波束形成算法中，默認信號為圓信號，協(xié)方差矩陣可以完全描述信號的二階特性，但是，在通信系統(tǒng)中我們經(jīng)常使用非圓信號，比如，二進制相移鍵控信號、脈沖幅度調(diào)制信號，高斯最小移頻鍵控信號和偏移四相相移鍵控信號等，信號的偽協(xié)方差矩陣不為零，傳統(tǒng)波束形成器求得的權

3、矢量是次優(yōu)的，而基于非圓信號的廣義線性波束形成器提取了包含在接收信號以及其共軛形式中的期望信號信息，可以求得最優(yōu)的權矢量。但是當快拍數(shù)有限時，經(jīng)過擴張?zhí)幚砗?，與傳統(tǒng)的自適應波束形成算法相比，其自由度變?yōu)樵瓉淼膬杀?，帶來的劣勢是擴張的采樣協(xié)方差矩陣特征值擴散加劇，使波束形成器性能降低，另外，也使得計算復雜度增大。為了減輕擴張后的采樣協(xié)方差矩陣的特征值擴散加劇對波束形成器性能的影響，本文提出了基于特征空間的廣義線性自適應波束形成算法，當快拍

4、數(shù)有限時，最優(yōu)權矢量不僅受到信號子空間的影響，也受到噪聲子空間的影響，該算法通過投影的方式將權矢量投影到信號子空間，避免了噪聲子空間對權矢量的干擾，所以提高了波束形成器的穩(wěn)健性。
　　在連續(xù)自適應波束形成算法研究領域，基于最小均方誤差(Least Mean Squares,LMS)的自適應波束形成算法雖然具有計算復雜度低的優(yōu)勢，但是其收斂速度較慢。針對該問題，本文提出了一種變步長的收縮線性最小均方誤差(Shrinkage Line

5、ar LMS,SL-LMS)波束形成算法，它利用了無噪聲后驗誤差與無噪聲先驗誤差之間的關系，每次迭代時反饋給系統(tǒng)一個漸近最優(yōu)的迭代步長，大大提高了自適應波束形成器的收斂速度。另外利用了信號的非圓特性的廣義線性LMS(Widely Linear LMS,WL-LMS)自適應波束形成算法，相比于LMS算法，其穩(wěn)態(tài)性能得到了顯著的提高，但是仍然存在和LMS波束形成器同樣的問題，即收斂速度較慢，受迭代步長大小的影響。因此，在變步長SL-LMS波