稳健的自适应波束形成技术研究

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目前,阵列信号处理为信号处理领域之中的一个极为重要的分支。雷达是天线阵列最先得到应用的一个领域,随着阵列信号处理的发展不断壮大,通信、地震勘探、声纳、机电测量、生物医学等各种领域到处都可见到它的身影。自适应波束形成技术能够根据外界环境的变化自动的调整波束形成的权矢量以使波束方向图的主瓣对准期望信号的入射方向,同时在干扰方向形成零陷以抑制掉干扰信号。与普通的波束形成技术相比较,自适应波束形成算法具有很好的分辨率以及非常强的干扰抑制能力。但是,其对阵列模型的误差却表现的非常敏感,微小的模型失配就有可能致使自适应波束形成器的性能急剧下降。因此,如何提高自适应波束形成技术的稳健性成了广大科研工作者的研究焦点。本文首先简要介绍了阵列信号处理和波束形成技术的有关理论研究。接着,针对特征空间计算的复杂度和零陷加深问题,提出了两种稳健的自适应波束形成算法,以改善特征空间算法的复杂和零陷加深问题。1、基于特征空间的波束形成算法对于阵列导向矢量的误差具有非常好的稳健性能。然而,它也存在很多问题:首先,该方法需要计算信号子空间,也就是说首先需要进行特征分解并且预先验估计出信源数目,计算量很大。其次,由于干扰的存在,当我们利用有限的采样数据估计阵列的协方差矩阵的时候,会存在很大的误差,因此而导致计算得到的信号子空间与真实的信号子空间存在很大的差异。为了克服上述这些缺点,本文提出了一种简化特征空间的稳健自适应波束形成算法。本方法的有效性经过了大量的计算机仿真实验验证,具有一定的理论意义和实际的应用价值。2、干扰源信号起伏时,自适应波束形成的性能受到影响。自适应波束形成算法可以根据干扰信号的位置自动地调整波束方向图,使波束方向图在干扰位置形成零陷,从而减弱干扰信号在系统中的响应。对于那些入射方向和强度保持一定的干扰信号,自适应波束形成技术能够比较好的抑制其通过。然而,自适应波束形成的权矢量是通过对前一段时间的采样数据估计得来的,当干扰源的信号强度起伏的时候,自适应波束形成技术不能有效的抑制干扰信号。因此,本文从波束方向图的零陷深度和干扰信号的强度成正比的关系出发,得到了一种零陷加深的自适应波束形成方法。通过理论分析和计算机仿真实验验证了零陷加深的有效性,并对此方法的零陷方向与干扰方向的一致性等进行了分析验证。
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