鲁棒自适应波束形成算法比较与实验研究

传统的自适应波束形成算法对基阵的轻微误差非常敏感,为提高自适应波束形成技术对阵列误差的鲁棒性,在分析线性约束最小方差波束形成的基础上,研究并比较了对角加载算法和支持向量机算法对自适应波束形成器鲁棒性能的改善,和对对角加载算法和支持向量机算法进行了鲁棒性能分析与比较。水池实验结果表明,传统的对角加载算法能够提高波束形成器对信号导向向量失配与样本协方差矩阵误差的鲁棒性。而基于支持向量机算法的波束形成器在波达方向失配的较高信噪比或存在大量干扰信号时表现出更好的鲁棒性,为提高波束形成器的鲁棒性提供了一种新的有效途径。     

基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成

基于线性约束最小方差(LCMV)准则的自适应波束形成算法在实际中得到了广泛的应用,但当其应用到子阵级时,自适应方向图主瓣变形且旁瓣升高,抗干扰性能严重下降.针对这些问题,提出一种基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成算法,引入罚函数对自适应方向图进行约束使其逼近期望的静态方向图;同时在干扰子空间约束波束响应为0,对干扰信号进行抑制.该算法在有效抑制干扰的同时,能够使主瓣保形并保持较低的旁瓣,还能获得较好的输出信干噪比.通过阵列方向图及输出信干噪比的计算机仿真验证该算法的有效性.      

节点本振误差对分布式发射波束形成性能的影响

采用核密度估计方法,对存在本振误差时的分布式发射波束形成(DTBF)性能进行统计分析.考虑存在载波初始相位偏移、载波频率偏移、相位噪声等3个偏差项,推导了对应的任意阵平均波束图和互补累积分布函数的理论表达式,并选用衰减因子和波束图特征参数分析本振误差对远场波束性能影响.理论分析和模拟结果显示,本振误差会导致DTBF性能出现衰减,并使合成波束图的平均主瓣水平下降,主瓣变宽,旁瓣区域扩展,波束图出现高旁瓣.随着时间的增长,本振误差累积增大,所致性能衰减增大,聚集到目标方位的能量减少.     

基于泰勒估计的主瓣干扰抑制方法

当有源干扰进入主瓣时，传统自适应波束形成的方向图会在主瓣内出现严重波形失真，主瓣内形成零陷，旁瓣电平陡增等问题。为此，利用泰勒估计获得真实协方差矩阵的估计，通过特征分解构建特征投影矩阵，构造旁瓣零陷加深的凸优化模型求解自适应阵列权值矢量，最后将此抑制干扰的方法和基于阻塞矩阵预处理与基于特征投影预处理等两类预处理方法进行实验仿真及性能对比，从而证明了基于泰勒估计的主瓣干扰抑制方法的优点。     

一种稳健快速的波束形成算法 

提出了一种计算自适应方向图权向量的迭代算法。为满足迭代矩阵的收敛条件, 算法根据协方差矩阵的最大Gerschgorin半径选择对角加载值对协方差矩阵进行对角加载；通过对协方差矩阵进行简单的矩阵分裂；进而给出自适应权向量的迭代解形式。仿真表明，所提出的算法能在快拍数较少时形成稳健的特性良好的方向图。     

存在指向误差情况下的低旁瓣自适应波束形成

针对确定自适应阵列系统,在传统的线性约束最小方差(LCMV)波束形成算法基础上提出一种在期望信号方向估计有误差的情况下,能减小指向误差的低旁瓣自适应波束形成算法,该算法运用波束保形函数,集中主瓣波束,抑制旁瓣波束,提高了阵列输出的信干噪比(SINR),计算机仿真结果验证了算法的有效性和优越性。     

基于蚁群算法的子阵级自适应多波束形成

在大型阵列信号处理中,可以在子阵级进行数字波束扫描形成多波束,降低硬件成本和系统复杂度,其中子阵划分的优劣直接决定信号处理的性能.针对子阵级多波束形成的问题,提出了一种基于蚁群算法的子阵划分最优策略,该策略将蚂蚁的迁移路径作为子阵划分方案,以峰值旁瓣电平为优化目标进行迭代搜索,使得子阵级自适应形成多波束方向图的旁瓣性能...     

基于特征投影预处理零陷加深的抗主瓣干扰算法

当主瓣干扰功率较大时,基于特征投影预处理(EPB)的自适应波束形成算法抑制旁瓣干扰的能力大大下降甚至无法有效抑制,因此,在EPB算法的基础上提出了基于特征投影预处理零陷加深的抗主瓣干扰算法。首先将特征投影预处理后的数据向去除了主瓣干扰的干扰信号子空间上投影,对得到的数据进行适当的加权,再加到特征投影预处理后的数据上,以加强旁瓣干扰信号功率;其次利用干扰加强后的采样信号形成新的协方差矩阵,并计算其自适应权矢量;最后利用求得的自适应权矢量获得阵列输出,并对该算法的信干噪比进行了简要分析。仿真结果表明,当主瓣干扰功率较高时,该算法能够在旁瓣干扰方向上形成较深的零陷,具有更好的旁瓣抑制效果。     

基于数据预处理的改进GS正交化波束形成

针对常规Gram-Schmidt（GS）正交化算法在训练快拍中混有期望信号时,自适应波束会出现期望信号相消的问题,提出了基于数据预处理的改进GS正交化波束形成算法. 该算法构造阻塞矩阵进行数据预处理剔除期望信号,估计对应的协方差矩阵,并对其进行GS正交化重构干扰子空间,将静态加权矢量向干扰子空间作正交投影得到自适应权矢量. 同时,为准确估计干扰子空间,对协方差矩阵的正交化自适应门限进行了修正. 仿真结果表明,所提算法的输出信干噪比（SINR）比其它GS正交化算法有2 dB以上的性能改善.      

非均匀广义对角加载稳健波束形成算法

为解决阵列天线在信号接收过程中利用一般对角加载算法在抑制噪声影响的同时降低干噪比、使零陷变浅的问题,提出了一种非均匀广义对角加载稳健波束形成算法。该算法首先根据接收数据协方差矩阵的特征值,对不同的信号自适应地选择不同加载因子,并利用选择的加载因子通过矩阵重构构造广义对角加载矩阵对接收数据进行加载处理,最后通过Capon算法得到波束形成向量。仿真结果表明:该算法在消除噪声影响的同时,可以有效展宽零陷并使零陷深度达到-50dB,而且通过非均匀加载降低输入信号的信噪比,在期望信号波达方向误差为2°时,比一般对角加载算法输出信号的干噪比高10dB,具有较好的稳健性。     

基于RBF网络的扫描体制雷达DOA估计方法

针对传统扫描体制雷达无法分辨半功率波束宽度内存在多目标的问题,利用阵列信号处理的思想,把RBF神经网络理论应用于机扫雷达的DOA高分辨估计.首先给出了扫描体制雷达DOA估计的信号模型,提出了一种基于RBF网络实现扫描体制雷达DOA高分辨估计的SRBF算法.然后针对RBF网络存在的学习收敛速度慢等问题,给出了基于模糊学习矢量量化(Fuzzy Algorithm for Learning Vector Quantization,FLVQ)的网络学习算法,FLVQ方法采用模糊C均值方法中的模糊权重函数在线自适应调整,来确定输入和中心之间的权值,使得网络具有更高的非线性逼近性能和高效的收敛性.理论分析和仿真结果均表明SRBF网络具有快速准确的DOA估计能力,算法便于工程实现,具有较高的实用价值.     

一种无需先验信息的抗多点源干扰方法

针对存在主瓣干扰在内的多点源干扰情况,现有的阻塞矩阵预处理和特征投影预处理都取得了一定的抗干扰效果,其主要思想都是先通过预处理消除主瓣干扰,再进行常规自适应波束形成,实现对主瓣干扰的抑制,但是这2种方法需要期望和干扰的先验信息来构造预处理矩阵。为解决实际运用当中先验信息无法直接获取的问题,采用强弱信号波达方向估计方法和估计出期望信号方向和干扰方向,再结合基于伪协方差矩阵的特征投影预处理的主瓣抗干扰方法,得到一种无需先验信息的抗多点源干扰算法。仿真实验结果表明,所提方法在不知道角度先验信息的条件下于多点源干扰处形成了大于60 dB的空陷,且相比于其他方法,波形保持好,受快拍数的影响小,取得了较好的抗多点源干扰效果。     

基于决策树的自适应互补滤波姿态解算

为解决惯性传感器在磁场干扰和大加速度干扰坏境下姿态解算精度下降的问题,提出了一种基于决策树自适应的互补滤波姿态解算方法。针对陀螺仪特性,对其进行零偏补偿处理。将处理后的角速度数据与加速度数据构成静态检测单元,实现了静态情况和动态情况的准确分类。在动态情况下,由加速度数据和磁场数据组成的决策树通过分析外界干扰程度来自主调节系统误差增益,进而达到抗干扰目的,有效提高姿态解算精度。实验结果表明,静态情况下姿态解算不受磁场干扰,动态情况下能够有效避免磁场和大加速度干扰。     

稳健的GPS干扰抑制方案研究

针对小快拍情况下,GPS干扰抑制的稳健性下降的问题,提出一种基于自适应对角加载的迭代相关相减多级维纳滤波算法(iteration correlation subtraction algorithm multistage wiener filter,ICSA-MWF)。该算法是在充分利用ICSA-MWF给出的干扰和噪声特征信息的基础上,通过分析ICSA-MWF的迭代过程而得到的一种新的自适应干扰抑制方法。仿真结果表明,新算法在迭代中自适应地选择加载量,较大程度地提高了小快拍下干扰抑制的稳健性,进一步减小了ICSA-MWF的计算量,从而提高了干扰抑制的实时性。     

Robust adaptive beamforming for constant modulus signal of interest

It is required in the diagonally loaded robust adaptive beamforming the automatic determination of the loading level which is practically a challenging problem.A constant modulus restoral method is herein presented to choose the diagonal loading level adaptively for the extraction of a desired sig-nal with constant modulus ( a common feature of the phase modulation signals) .By introducing the temporal smoothing technique, the proposed constant modulus restoral diagonally loaded robust adaptive beamformer provides increased capability compared with some existing robust adaptive beamformers in rejecting interferences and noise while protecting the signal-of-interest.Simulation results are included to illustrate the performance of the proposed beamformer.     

基于非线性频偏的频控阵波束控制研究

与相控阵波束指向只具有角度相关性不同,频控阵波束图是时间、角度及距离的函数.这一特性在抑制距离相关性干扰等方面有着巨大的应用价值,但其方向图所固有的距离-角度耦合会带来新的频控阵波束控制问题.如何消除距离-角度耦合关系是实现波束精确控制及目标精确定位的前提.针对这一问题,提出一种基于可变加载约束的最速下降-线性约束最小方差（SD-LCMV）算法计算最优权矢量,同时将对数、三角函数、指数函数及倒数4种非线性频偏增量方式引入一维均匀线性频控阵（ULA-FDA）阵列,仿真验证应用4种不同非线性频偏的ULA-FDA阵列发射方向图的解耦性能.之后,采用多信号分类（MUSIC）算法仿真得到不同频偏情况下的MUSIC谱函数,对比分析4种频偏增量方式下的目标距离-角度二维联合估计性能.此外,仿真分析了sin-FDA阵列的接收机结构方向图特性及基于sin-FDA收发共形阵列的3种接收信号处理机制,从而验证了非线性频偏频控阵（FDA）阵列结构的有效性.      

An iterative interference cancellation based frequency offset estimation method for OFDMA uplink systems

In this paper, Moose scheme is used for frequency offset estimation in OFDMA uplink svstems due to that the signals from different users can be easily distinguished in frequency domain. However, differential multiple access interference （MAI） will deteriorate the frequency offset estimation performances, especially in interleaved OFDMA system. Analysis and simulation results manifest that frequency offset estimation by Moose scheme in block OFDMA system is more robust than that in interleaved OFDMA systern. And an iterative interference cancellation method has been proposed to suppress the differential MAI interference for interleaved OFDMA system, in which Moose scheme is the special case of the number of iteration is equal to one. Simulation results demonstrate that the proposed method can improve the performance with the increase of the number of iterations. In consideration of the performance and complexity, the proposed method with two iterations is selected. And the full comparison results of the proposed iterative method with two iterations and that with one iteration （conventional Moose scheme） are given in the paper, which sufficiently demonstrate that the performance gain can be obtained by the interference cancellation operation in interleaved OFDMA system.     

一种自适应的OFDM频偏估计方法

正交频分复用(orthogonal frequency division multiplxing,OFDM)对于载波频偏极其敏感,这种频偏来源于接收端载波与发送端载波的频率差异以及多普勒频移,从而带来了严重的载波间干扰(inter-carrier interference,ICI),限制了系统的性能．为克服该问题,提出了一种利用虚载波(virtual carrier,VC的基于子空间方法的频偏估计算法,并研究了它的自适应实现．仿真结果表明该方法估计得到的频偏值与设定值吻合得很好。     

复共线性条件下广义岭估计的改进

对于复共线性条件下线性回归模型的广义岭估计进行了进一步的研究。针对线性回归模型病态的根本原因,提出了一类新的估计——0-K型广义岭估计。研究这一估计的性质,证明利用0-K型广义岭估计技术可以改进广义岭估计(在均方残差意义下)。文中的方法为病态线性回归模型系数的有偏估计提供了改进的技术途径。