基于可变对角加载的稳健空时波束形成算法

针对对角加载方法中加载量难以确定的问题,提出了基于可变对角加载的稳健空时波束形成算法.该算法在宽带信号模型基础上,分解空时宽带波束形成的约束方程,针对多频点约束,推导出空时二维导向矢量真值,得到空时结构可变对角加载波束形成算法的最优权矢量,并给出加载量求解方程,准确地计算出空时波束形成器的对角加载量.仿真结果验证了该算法的稳健性.     

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。     

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。     

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。     

一种基于可变加载的低复杂度稳健自适应波束形成算法

标准Capon波束形成器对信号失配敏感,为增强其稳健性,对角加载法及其一些改进型算法得到了广泛应用.在此基础上提出了一种低复杂度的可变对角加载的算法,其可变对角加载量基于样本协方差矩阵的负指数式.同时,加载因子 γ 通过一种特定的方式来设定,从而避免了复杂运算.该算法只需高斯白噪声平均能量这一先验信息,并将其作为特征值的阈值.这样既可消除噪声扰动的影响,又能减少算法的复杂度.计算机仿真结果进一步验证了所提算法的有效性与优越性.     

基于自适应对角加载的源数估计算法

为解决对角加载技术用于信源数估计时对角加载量确定困难的问题,提出了一种新的基于自适应对角加载接收信号协方差矩阵的信源数估计算法。首先,分析接收信号协方差矩阵与噪声信号功率的之间的协同变化关系,基于协方差矩阵的对角元素特征值分布特点,给出一种自适应的对角加载量确定方法。然后,将对角加载处理后的接受信号协方差矩阵与信息论准则结合,得到改进后的估计信源数算法。仿真实验结果表明：在白噪声与色噪声环境中,本文算法能在不同信噪比与不同快拍数条件下较好的估计信源数;相较于基于信息论准则与盖氏圆盘估计法则的源数估计算法,本文算法在估计正确率以及稳定性上得到了不同程度的提升,具有较好的估计性能。     

基于延时处理的对角加载信源数估计方法

为了解决在有色噪声背景下信息论准则算法估计信源数失效以及盖氏圆方法在低信噪比下性能下降的问题,提出了一种利用接收信号延时信息的协方差矩阵对角加载技术估计信源数的方法.首先构造接收信号的延时协方差矩阵,抑制色噪声的影响,然后对延时协方差矩阵做出变换处理,得到抑制噪声后的协方差矩阵特征值,最后对得到的特征值进行对角加载技术处理,利用信息论准则进行信号源数目的估计.仿真结果表明了该算法的正确性和有效性.     

基于收缩方法的稳健自适应波束形成算法

针对有限采样数据样本中含有期望信号时自适应波束形成器性能下降的问题,提出了一种不需要任何参数设定的稳健自适应波束形成算法.该算法利用收缩方法得到一个增强的协方差矩阵估计值,替代传统的采样协方差矩阵,提高了算法的性能.为了克服信号导向矢量存在误差时对波束形成器性能的影响,对算法进行进一步的扩充,使其既能改善小快拍时协方差矩阵的估计值又能克服期望信号导向矢量的失配.仿真结果表明:该方法不仅能够改善小快拍情况下波束形成器的性能,而且还能克服期望信号导向矢量失配带来的不利影响.     

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Gemchgorin半径选择对角加栽值对协方差矩阵进行对角加栽；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。     

两种基于分数低阶统计量波束形成的推广

为抑制脉冲稳定分布噪声对波束形成的影响,通常采用分数低阶统计量进行处理,将现存的两种基于分数低阶统计量的波束形成方法分别进行推广,证明了两种推广后算法对应的协方差矩阵是互为共轭的,并且对协方差矩阵的非奇异性进行了讨论.仿真实验表明:与传统的线性约束最小功率波束形成相比,两种推广的波束形成算法,在脉冲稳定分布噪声下能够保证无畸变输出,并且具有更低的旁瓣.     

基于均匀圆阵的稳健迭代波束形成算法

针对导向矢量偏差和转换误差导致传统波束形成器的性能下降及均匀圆阵不具有范德蒙结构的问题,提出了一种基于均匀圆阵的稳健迭代波束形成算法.该算法利用相位模式转换技术推导出虚拟自相关矩阵,并把导向矢量限定于确定的椭圆集合中.从最差性能优化的设计思想出发,构造基于均匀圆阵的二阶凸规划的代价函数,再利用拉格朗日乘子法求得权重矢量的闭式解表达式且能够准确求出优化解中的对角载入值.仿真结果表明:所提算法能够提高系统的稳健性,改善了阵列的输出性能.     

一种基于对角载入的鲁棒MVDR波束形成算法

当信号方向向量精确已知时,传统最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成算法具有较好的分辨率和抗干扰能力.在实际通信环境中,由于外部环境、天线阵列以及采样协方差矩阵的估计误差等因素的影响,导致传统MVDR波束形成算法的性能急剧下降.针对这一问题,本文提出了一种新的基于对角载入的鲁棒MVDR波束形成算法.该算法考虑信号方向向量的偏差对MVDR算法性能的影响,并在最大允许偏差范围内导出最优的权重向量,有效地抑制了偏差对输出性能的影响,具有很强的鲁棒性,从而能够适应复杂的通信环境;同时该算法采用递推算法避免矩阵求逆,降低了计算复杂度,便于工程实现.仿真实验表明,与传统MVDR算法相比,所提算法具有更好的输出性能。     

新型的稳健盲多用户检测

基于稳健的Capon波束形成技术，提出了一种新型的稳健盲多用户检测器．根据特征波形的误差范围，该检测器可以较精确计算控制稳健性的对角加载量．结果表明，研究方法在比特误码率以及渐进多用户有效性等方面表现出良好的性能，且采用特征分解自适应跟踪算法，容易推广至自适应实现．     

基于改进广义线性组合算法的极化阵列稳健波束形成

为提升极化阵列波束形成的稳健性,将广义线性组合(general linear combination, GLC)算法应用于极化阵列. 分析了GLC算法在较高输入信噪比条件下,阵列存在阵元扰动和期望信号(signal of interest, SOI)波达方向(direction of arrival, DOA)误差时,输出的信干噪比随快拍数增加而下降的原因,并提出了一种结合转换函数的改进GLC算法. 所提算法根据采样协方差矩阵(sample covariance matrix, SCM)特征值相关参数的大小,对信噪比进行判断. 信噪比较高时,采用改进GLC算法计算对角加载量(diagonal loading level, DLL);信噪比较低时,采用原GLC算法计算DLL,从而使得所提算法在任意输入信噪比和快拍下的输出信干噪比均大于或等于原GLC算法. 通过主瓣干扰条件下的计算机仿真实验验证了所提算法的有效性.      

基于非线性约束的可变对角加载自适应波束形成算法

提出了一种鲁棒波束形成算法。给出了一种基于可变角加载形式的方向图权向量形式，然后利用非线性约束条件对此权向量进行优化。新的算法可以在期望信号导引向量存在误差的情况下提供较好的输出SINR。仿真证明了新算法的有效性。     

基于信道状态信息反馈的特征波束形成算法

在多输入多输出通信系统中,为了有效地降低系统的误符号率,提出了一种特征波束形成算法。在假设接收端能准确地完成信道估计,并能及时将信道的互相关矩阵反馈到发射端的基础上,研究了接收和发射均采用多天线的特征波束形成算法,对其性能进行了详细的分析和推导,并在此基础上研究了波束形成与空时块码的结合以提高系统的频谱利用率。计算机仿真结果表明,在接收端采用多根天线相对于单根天线能明显降低系统的误符号率。特征波束形成算法通过同时提供波束形成增益和分集增益位置,有效地提高了系统性能。     

零陷展宽算法的性能研究

自适应波束形成算法能将零陷自动对准干扰方向,但在干扰快速移动或天线平台出现振动等情况下,很可能由于干扰位置的扰动而使自适应权和数据失配.通过对于扰导向矢量的左右旋转,利用对协方差矩阵的数值处理,推导出一种和干扰方向无关的自适应零陷加宽技术.由于零陷的加宽,在干扰方向与数据失配的情况下,仍能够较好地抑制干扰,从而提高算法的稳健性.     

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.