基于二阶锥规划的稳健自适应宽带恒定束宽数字波束形成

发布时间：2021-11-22 04:47

　　针对阵列误差下传统自适应数字波束形成方法导致波束形成器输出性能下降的问题,提出一种基于二阶锥规划的稳健自适应宽带恒定束宽数字波束形成方法。首先,基于空间响应变化约束设计恒定束宽的波束形成器;然后,根据阵列实际导向矢量和理想导向矢量之间的误差二范数优化幅度不等式约束下的最小输出功率;最后,通过变量的重新定义利用二阶锥规划求解优化模型。数值仿真结果表明:所提方法能够解决阵列误差下宽带数字波束形成的稳健性问题;同时,能够以较低的计算复杂度获得较高的阵列输出信干噪比。 

【文章来源】：现代雷达. 2020,42(11)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

FIR结构的宽带数字波束形成示意图

图2a)给出了阵列误差下传统宽带波束形成方法对理想导向矢量进行约束的波束方向图,可以看出传统方法对阵列误差较敏感,波束形成器输出性能下降,期望信号失真严重。图2b)给出了传统方法对实际导向矢量进行约束的波束方向图,可以看出波束正确指向期望信号方向,具有恒定束宽,同时在-10°和30°的干扰信号方向形成了较深的零陷,具有较好的干扰抑制能力。然而,由于实际导向矢量的精确值是未知的,图2c)给出了本文方法获得的波束方向图,可以看出波束同样正确指向了期望信号方向,同时在干扰信号方向形成了较深的零陷,表明了所提方法的有效性。3.2 性能分析

图3给出了本文方法对期望信号和干扰信号的阵列增益响应。可以看出在期望信号频率范围内,波束对期望信号具有恒定的幅度响应,同时对干扰信号的抑制能力平均达到-40 dB以下,具有良好的期望信号无失真输出能力和干扰抑制能力。图4给出了本文方法输出SINR随输入SNR的变化曲线。作为对比,图中也给出了传统宽带波束形成方法对理想导向矢量和实际导向矢量进行约束的变化曲线。从图中可以看出,在低输入SNR(SNR≤-10 dB)的情况下,阵列误差对传统方法波束几乎没有什么影响,这是因为阵列主要抑制噪声。然而,在高SNR(SNR≥0 dB)的情况下,传统方法对理想导向矢量进行约束使得期望信号被当作干扰而抑制掉,导致输出SINR严重下降。本文方法以牺牲一定的输出SINR性能对随机变化的阵列误差具有稳健性,能够得到较为理想的期望信号输出。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于指向最小误差的宽带稳健波束形成方法[J]. 曹欣荣,吴久涛,陈亚伟,李士国,孙俊.  现代雷达. 2017(09)
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[3]稳健的宽带信号接收波束形成方法[J]. 郭肃丽,夏双志,刘云飞.  载人航天. 2013(06)
[4]频率不变约束的角加载稳健宽带波束形成算法[J]. 蒋留兵,罗良桂,车俐.  现代雷达. 2012(12)



本文编号：3510969