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)是陣列信號處理的重要分支，是空間信號處理中增強期望信號，抑制干擾信號的有效方法，可廣泛應(yīng)用于無線通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、聲納、射電天文、語音信號處理以及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多國民經(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)用中仍面臨許多實際問題。其中，實際系統(tǒng)中存在的各種誤差，會直接影響到自適應(yīng)波束形成算法在實際中的應(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。本文主要對穩(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：
　　針對常規(guī)Capon波束形成算法存在的問題，通過使期望信號的導(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。算法通過對陣列協(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)對角加載量的解析表達(dá)式。針對通用信號模型下的穩(wěn)健波束形成問題，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，通過對波束形成器進(jìn)行

3、變換，得到了一種更為簡單而且易于求解的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成算法。對波束形成算法進(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算復(fù)雜度。
　　針對有限采樣數(shù)據(jù)時自適應(yīng)波束形成算法性能下降的問題，提出了一種基于陣列協(xié)方差矩陣估計的穩(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增強的協(xié)方差矩陣估計值，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)向矢量存在誤差時對波束形成

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修正期望信號導(dǎo)向矢量，同樣不需要參數(shù)的設(shè)定。通過將兩種算法結(jié)合，得到了一種既能改善小快拍時協(xié)方差矩陣的估計值又能克服期望信號導(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對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導(dǎo)向矢量和采樣相關(guān)矩

5、陣無衰減通過波束成形器的基礎(chǔ)上，使陣列輸出的干擾和噪聲功率最小化。在假設(shè)事先估計得到相干干擾信號方向的條件下，提出了一種非空間平滑類的穩(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，利用期望信號約束維持對期望信號的無畸變響應(yīng)，利用相干干擾信號約束在相干干擾信號方向形成零陷，同時利用最小化輸出功率在不相干干擾信號方向形成零陷。為了進(jìn)一步提高算法的輸出信號干擾噪聲比，通過相減操作將期望信號從接收信號中阻塞掉，然后利用相減之后的信號計

6、算權(quán)矢量。
　　基于時域?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，有效地解決了對信號指向誤差敏感的問題。同時，算法還利用空間響應(yīng)偏差約束以實現(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，同時為了改善算法在各種導(dǎo)