基于频控阵的改进ESB波束形成算法

频控阵由于其波束方向图具有的距离-角度二维依赖特性而受到广泛关注, 理想情况下基于频控阵的自适应波束形成技术, 能够从距离维和角度维增强期望信号并抑制干扰, 但实际系统中较大的指向误差和采样协方差矩阵失配会造成算法性能严重下降。针对该问题, 提出一种改进的基于特征空间(eigenspace-based, ESB)自适应波束形成算法, 并将其应用在频控阵多输入多输出接收处理体制中, 仿真结果表明在5°的指向误差内, -20 dB信噪比, 及小快拍数的非理想条件下, 所提算法仍然能在目标位置附近形成高增益, 并在干扰位置形成零陷, 克服了传统ESB算法低信噪比条件下算法失效导致的波束方向图畸变问题, 具有更好的适用性。     

基于修正空间平滑的改进正交化波束形成算法

针对正交化自适应波束形成算法的零点会偏离干扰方向、当干扰相干时算法失效问题,提出了一种基于修正空间平滑的改进正交化自适应波束形成算法。该算法利用修正空间平滑技术克服正交化算法不能工作于相干干扰环境的缺点;利用总体最小二乘方法得到噪声子空间,总体最小二乘处理减轻了噪声的影响,因而估计的噪声子空间接近真实噪声子空间,干扰方向形成零点。计算机仿真结果表明此算法是有效的。     

空间非平稳噪声环境下的自适应波束形成

提出了一种基于空间非平稳噪声环境下的自适应波束形成新算法。该算法通过估计噪声协方差矩阵,进行预白化处理,即可采用常规方法实现波束形成,克服了色噪声对波束形成的影响。计算机仿真结果证实了这一算法的有效性。     

快速正交投影波束形成新方法

新算法利用阵列快拍数据直接构造噪声子空间,然后将约束导向矢量向噪声子空间投影得到波束形成的权矢量。新算法的性能与正交投影算法相同,但不需要进行矩阵特征分解,运算量大大减小,易于工程实现。就算法不损失系统自由度,克服了差分快速投影法在空间干扰与目标方向呈对称分布时具有明显信号对消的缺点。计算机仿真结果说明了新方法的有效性。     

单快拍相干信号自适应波束形成方法

针对低快拍条件下相干信号波束形成问题,提出一种单快拍相干自适应波束形成方法。首先,构造Duvall特征消除器滤除阵列接收信号中的期望信号,再利用空间平滑方法解相关。然后,依据Hung Tuner算法对平滑后的协方差矩阵进行Gram Schmidt正交化,快速重构干扰信号子空间。最后,将静态权矢量在干扰子空间内的正交投影作为波束形成最优权矢量。该算法可有效避免协方差矩阵求逆和特征分解造成的复杂计算,且能降低由于期望信号泄露造成的子空间估计误差,在单快拍条件下性能良好。仿真分析验证了算法的优越性和理论分析的有效性。     

宽带波束空间恒模阵列

针对期望信号假设来向与实际来向存在误差时,传统的宽带波束空间自适应阵列有较大的性能损失,提出了一种对信号来向误差具有稳健性的算法。该方法利用信号的恒模特性,在期望信号来向未知的情况下,实现了对宽带信号的无失真接收。首先利用扇形滤波器,形成一组具有频率不变性的正交波束,然后基于恒模准则对各波束的输出进行处理得到最优权值。该方法对信号来向具有很强的稳健性,同时具有收敛速度快等优点。通过计算机仿真验证了所提方法的有效性与优越性。     

相控阵简化优化波束形成

为了降低相控阵列在自适应处理时的计算复杂度,利用阵列在自适应工作时相量的特征结构,经过适当的矩阵变换简化了包括采用实用的旁瓣降低技术的相控阵列在自适应处理算法,然后通过数学分析,获得相量的唯相梯度向量和海赛尔矩阵,并采用唯相共轭梯度法和牛顿法来获取数字波束形成的优化的数值相量。模拟结果表明,利用这种新的简化自适应波束形成方法所得的优化阵列的性能与没有简化的情况是一致的,但计算量却有很大程度地降低。     

自适应波束域高分辨方位估计新方法

提出了基于均匀线列阵的自适应波束域MUSIC(ABMUSIC)法,它利用原有多波束系统的输出估计目标的分布区间,根据目标的空间分布情况自适应形成波束转换矩阵,并让形成的空间波束的主瓣覆盖目标所在的空间区域。ABMUSIC法形成的波束不仅能随目标的空间分布自适应调整波束的指向性和密集度,而且只在目标分布的空间区域形成波束,提高了信噪比。进行了相干和不相干情况下的性能仿真比较,结果表明:在相干和不相干情况下,ABMUSIC方法的高分辨估计性能都明显优于BMUSIC和MUSIC,并且不增加运算量,具有重大工程应用价值。     

基于SVRGD的机载预警雷达自适应波束形成算法

自适应波束形成是机载预警雷达数字信号处理的一个关键环节。针对传统最小均方误差(least mean square, LMS)算法在短快拍数条件下的波束形成性能下降以及因迭代震荡易收敛于局部最优值的问题,提出了一种基于机器学习的随机方差减小梯度下降(stochastic variance reduction gradient descent, SVRGD)自适应波束形成方法。首先,建立面阵列接收信号数据模型。其次,基于随机梯度下降原理,引入方差缩减法通过内外循环迭代方式进行梯度修正,以减小随机梯度估计的方差,建立算法模型与实现流程。最后，通过设置平面阵列仿真场景,分析SVRGD自适应波束形成算法在波束形成、抗干扰、收敛速度等方面的性能,验证了该算法在低快拍数、强干扰和强噪声背景下具有的优良能力。     

基于粒子群优化的圆阵列波束形成方法

围绕均匀圆阵列(uniform circular array, UCA)在波束形成中存在的波束主瓣宽、旁瓣电平高的问题,提出了一种基于粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法的圆阵列波束形成方法。通过对UCA的输出信号进行模式空间变换,将UCA数据转换为虚拟均匀线阵数据形式。利用PSO算法充分挖掘均匀线阵各阵元间数据信息,进行阵元拓展,从而实现阵列阵元数及孔径尺度的增加,实现降低阵列波束主瓣宽度及旁瓣电平的目的。实验结果表明,在适当增加计算复杂度的前提下,利用PSO算法对阵列进行阵元拓展可以显著地提高波束形成质量,且适用于自适应波束形成。