宽带多径波束形成算法研究

发布时间：2020-11-01 08:40

　　 随着阵列处理技术的发展,波束形成技术在雷达、通信、电子侦察等领域得到了广泛的应用。理想条件下,传统波束形成技术可以有效地增强期望信号,抑制干扰和随机噪声。但实际环境中,信号的多径传播现象普遍存在,传统波束形成技术会造成期望信号的部分或完全对消,使得波束形成性能严重下降,甚至失效。针对此问题,本文研究了窄带多径信号联合接收波束形成算法、低复杂度宽带多径干扰抑制波束形成算法和稳健宽带多径干扰抑制波束形成算法。主要工作及成果如下:1.针对多径环境下传统Capon波束形成器性能下降的问题,提出一种基于反对角单位阵的窄带多径信号接收波束形成算法。该算法首先分析了期望信号对消的原因(对应期望信号和多径干扰的阵列输出间的相位差始终在??附近变化),然后利用反对角单位阵构造新的阵列接收数据协方差矩阵和导向矢量,并根据最小方差无畸变(minimum variance distortionless response,MVDR)准则求解最优加权矢量。该算法无需估计多径和非相关干扰信号的来向,而且可以通过调整选取的阵元个数获得不同的阵列输出性能。仿真实验表明该算法的性能优于传统Capon和多径信号接收类算法。2.针对时域模型下传统宽带空间平滑算法子阵协方差矩阵构造复杂度较高,阵列输出性能较差的问题,提出一种基于改进空间平滑的时域宽带多径波束形成算法。该算法通过重新排列宽带时域模型阵列接收数据,构造新的空间平滑子阵协方差矩阵,降低了宽带空间平滑算法中子阵协方差矩阵构造的复杂度,并消除期望信号对阵列接收数据协方差矩阵的贡献,进一步提高了空间平滑算法对宽带多径干扰的抑制性能。仿真实验表明,该算法能在多径干扰方向自适应形成零陷,输出性能明显优于基于时域模型的传统空间平滑算法。3.针对期望信号存在指向误差和多个多径干扰时,Duvall结构波束形成器性能下降问题,提出一种基于协方差矩阵重构的稳健宽带多径波束形成算法。该算法首先通过重构经Duvall结构后阵列接收数据协方差矩阵,将干扰方向的阵列响应约束引入到阵列输出功率最小化约束中,使输出波束可以在多个多径干扰方向自适应地形成零陷。然后结合最差性能最优波束形成算法和空间响应变化约束(spatial response variation,SRV),实现了算法的稳健性。理论分析与仿真实验表明,该算法可以有效抑制多个多径干扰,且具有较好的稳健性。4.针对传统空时结构宽带多径波束形成器结构复杂及稳健性差的问题,基于相位约束和能量聚焦,提出一种均匀直线阵下稳健宽带多径干扰抑制波束形成算法。首先分析频率变化与角度变化对阵列响应相位的影响,通过对期望信号不同频点施加阵列响应幅度和相位约束,实现稳健宽带波束形成;然后在波束旁瓣区域引入虚拟干扰源构造能量聚焦矩阵,通过主瓣宽度的迭代处理,整体控制输出波束旁瓣级,将旁瓣区域能量聚焦到主瓣区域,实现多径干扰条件下的稳健宽带波束形成。仿真分析与实际数据验证表明,该算法可以有效地抑制多径干扰,稳健性较好且具有较高的输出信干噪比。
【学位单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TN911.7
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及其意义
    1.2 研究现状分析
        1.2.1 窄带多径波束形成研究现状
        1.2.2 宽带多径波束形成研究现状
    1.3 论文主要内容及章节安排
第二章 基于反对角单位阵的窄带多径信号联合接收波束形成
    2.1 引言
    2.2 窄带波束形成基础
        2.2.1 阵列信号模型
        2.2.2 常规窄带波束形成
        2.2.3 解相干波束形成算法
        2.2.4 多径信号联合接收波束形成算法
    2.3 基于反对角单位阵的窄带多径信号联合接收波束形成算法
        2.3.1 多径环境下期望信号对消原因分析
        2.3.2 基于反对角单位阵的多径信号联合接收
        2.3.3 仿真实验与性能分析
    2.4 本章小结
第三章 基于改进空间平滑的时域宽带多径波束形成
    3.1 引言
    3.2 基于频域聚焦的宽带多径波束形成算法
        3.2.1 TCT算法
        3.2.2 RSS算法
    3.3 基于改进空间平滑的时域宽带多径波束形成算法
        3.3.1 时域宽带波束形成
        3.3.2 改进的时域宽带空间平滑算法
        3.3.3 仿真实验及性能分析
    3.4 本章小结
第四章 基于协方差矩阵重构的稳健宽带多径波束形成
    4.1 引言
    4.2 Duvall结构波束形成器
    4.3 基于最差性能最优的稳健宽带波束形成
    4.4 基于协方差矩阵重构的稳健宽带多径波束形成
        4.4.1 协方差矩阵重构
        4.4.2 基于协方差重构的稳健宽带多径波束形成算法
        4.4.3 仿真实验及性能分析
    4.5 本章小结
第五章 基于相位约束和能量聚焦的稳健宽带多径波束形成
    5.1 引言
    5.2 基于相位约束的稳健宽带波束形成算法
        5.2.1 频率变化时阵列响应相位约束
        5.2.2 仿真实验及性能分析
    5.3 基于相位约束和能量聚焦的稳健宽带多径波束形成算法
        5.3.1 能量聚焦矩阵构造
        5.3.2 输出波束旁瓣控制
        5.3.3 仿真实验及性能分析
        5.3.4 实际数据验证及分析
    5.4 本章小结
结束语
致谢
参考文献
作者简历

【参考文献】

相关期刊论文 前7条

1 ;Wideband Beamforming for Multipath Signals Based on Frequency Invariant Transformation[J];International Journal of Automation & Computing;2012年04期

2 张聪;胡谋法;卢焕章;;基于虚拟阵列空间平滑的相干信号DOA估计[J];电子学报;2010年04期

3 刘聪锋;廖桂生;;稳健的对角加载广义内积算法[J];西安电子科技大学学报;2009年04期

4 董玫;张守宏;吴向东;张焕颖;;一种改进的空间平滑算法[J];电子与信息学报;2008年04期

5 刘聪锋;廖桂生;;基于对角加载的STAP性能改善[J];电子与信息学报;2008年04期

6 任超;吴嗣亮;王菊;;基于空时二维结构的低旁瓣宽带波束形成[J];系统工程与电子技术;2008年03期

7 赵永波,张守宏;存在相干信号时的最优波束形成[J];通信学报;2002年02期

本文编号：2865295