基于阵列误差分析的稳健自适应波束形成算法研究

发布时间：2017-06-25 14:09

  本文关键词：基于阵列误差分析的稳健自适应波束形成算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自适应波束形成（ADBF）技术能够自适应的调整权值，使得方向图的主波束对准期望信号方向，零陷对准干扰信号方向，从而达到有效地抑制干扰和增强期望信号的目的。然而在实际的工程应用中，阵列实际信号模型与理想信号模型不完全匹配，存在着通道幅相误差、阵元位置扰动误差、波束指向误差以及有限数据样本误差等阵列误差，导致传统的自适应波束形成算法性能的恶化。因此稳健的自适应波束形成算法及其实现是目前阵列信号处理领域的研究热点之一。 本文在介绍自适应阵列信号模型和最优波束形成准则的基础上，分析了不同阵列误差对传统自适应波束形成性能的影响。仿真实验和分析，发现采样快拍数据中含期望信号时，自适应波束形成算法的性能对误差很敏感，稳健性差；而不含期望信号时，自适应波束形成算法的性能对误差不敏感，稳健性强。 在误差分析的基础上，阐述了稳健自适应波束形成的经典算法，并分析各种算法的优缺点。针对现有算法存在的不足，提出了基于干扰和噪声协方差矩阵重构和导向矢量补偿的稳健自适应波束形成算法。仿真分析了传统波束形成算法和改进算法的性能，发现改进算法比传统波束形成算法具有更好的干扰抑制能力和低快拍误差稳健性，且改进算法的性能与最优波束形成器的性能接近。 接着，针对采样快拍中含有期望信号时，传统正交投影（OP）算法会出现期望信号相消的现象，提出了基于干扰和噪声协方差矩阵重构的稳健正交投影波束形成算法。当采样快拍中不含期望信号时，仿真分析了传统OP算法和改进的OP算法的性能，发现改进的OP算法比传统的OP算法具有更好的干扰抑制能力和降低噪声扰动的能力；当采样快拍中含有期望信号时，改进的OP算法能解决传统OP算法产生的期望信号相消问题且具有减小噪声扰动的能力。针对传统子阵级OP算法性能恶化的问题，提出了基于归一化的子阵级正交投影算法，仿真分析表明，所提算法可以解决传统子阵级OP算法性能恶化的问题，且所提算法的性能接近于最优性能。 最后，对全文工作进行了总结，并给出稳健自适应波束形成技术需要进一步研究解决的问题。
【关键词】：自适应波束形成 阵列误差 稳健算法 协方差矩阵重构 正交投影
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 图目录10-12
• 表目录12-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 研究历史及现状14-18
• 1.2.1 常规自适应波束形成技术14-16
• 1.2.2 稳健自适应波束形成技术16-18
• 1.3 本文的章节安排18-19
• 第2章 自适应波束形成的背景知识19-29
• 2.1 阵列信号模型19-24
• 2.1.1 阵元级信号处理模型19-23
• 2.1.2 子阵级信号处理模型23-24
• 2.2 最优波束形成准则24-27
• 2.2.1 最大信干噪比准则24-25
• 2.2.2 最小均方误差准则25-26
• 2.2.3 最小方差无失真响应准则26-27
• 2.3 自适应波束形成原理27
• 2.4 本章总结27-29
• 第3章 典型阵列误差对自适应波束形成的影响分析29-43
• 3.1 典型阵列误差的模型29-32
• 3.1.1 通道幅相误差29-30
• 3.1.2 阵元位置扰动误差30
• 3.1.3 波束指向误差30-31
• 3.1.4 有限数据样本误差31-32
• 3.2 典型阵列误差对自适应波束形成影响的理论分析32-37
• 3.2.1 通道幅相误差的影响32-34
• 3.2.2 波束指向误差的影响34-35
• 3.2.3 有限数据样本误差的影响35-37
• 3.3 典型阵列误差对自适应波束形成影响的仿真分析37-42
• 3.3.1 通道幅相误差的仿真分析38-39
• 3.3.2 波束指向误差的仿真分析39-40
• 3.3.3 有限数据样本误差的仿真分析40-42
• 3.4 本章总结42-43
• 第4章 基于协方差矩阵重构和导向矢量误差补偿的 ADBF 算法43-59
• 4.1 稳健自适应波束形成的经典算法43-53
• 4.1.1 对角加载算法43-45
• 4.1.2 基于特征子空间的算法45-48
• 4.1.3 导向矢量不确定集约束算法48-53
• 4.2 基于协方差矩阵重构和导向矢量误差补偿的 ADBF 算法53-58
• 4.2.1 算法原理53-56
• 4.2.2 仿真分析56-58
• 4.3 本章总结58-59
• 第5章 稳健的正交投影自适应波束形成算法59-77
• 5.1 正交投影算法59-62
• 5.1.1 算法原理59-60
• 5.1.2 仿真分析60-62
• 5.2 基于协方差矩阵重构的正交投影算法62-68
• 5.2.1 算法原理62-64
• 5.2.2 仿真分析64-68
• 5.3 基于归一化的子阵级正交投影算法68-74
• 5.3.1 子阵级正交投影算法68-72
• 5.3.2 基于归一化的子阵级正交投影算法72-74
• 5.4 本章总结74-77
• 总结与展望77-79
• 参考文献79-87
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单87-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘聪锋;刘晓军;廖桂生;;稳健自适应波束形成算法综述[J];中国电子科学研究院学报;2009年06期

  本文关键词：基于阵列误差分析的稳健自适应波束形成算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：482387