稳健自适应宽线性波束形成算法研究

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在阵列信号处理领域中,一个重要的研究方向是波束形成,其目的是希望接收特定方向的期望信号同时抑制干扰信号和噪声。传统的波束形成算法假定信号为二阶圆信号,只使用观测数据的协方差矩阵,而对于二阶非圆信号,如在无线通信中常用到的BPSK、ASK、PAM等,其同时存在协方差矩阵和伪协方差矩阵,宽线性波束形成算法可以充分利用这些统计量来提升算法性能,突破传统波束形成算法处理的极限。但是,与传统线性波束形成算法一样,宽线性波束形成算法也容易受到误差的影响,从而导致算法性能下降。在实际的应用中有各种各样的误差,如信号角度误差、阵元幅相误差、互耦误差等,故研究对于误差具有稳健性的宽线性波束形成算法很有意义。本文在对稳健宽线性波束形成算法的基础介绍之上,针对现有算法的不足展开了相应的研究,主要内容和创新性如下:首先,考虑现有算法所需先验信息比较多,我们提出基于投影约束的稳健宽线性波束形成算法。该算法只需要期望信号的角度区域,充分利用了采样协方差矩阵的特征向量。其主要思想是用特征向量与扩展导向矢量的相关性来构造了一个干扰加噪声的子空间,最后通过利用扩展导向矢量在干扰加噪声空间上的投影作为约束来估计期望信号的扩展导向矢量。仿真实验也验证了该算法在多种误差综合下性能更好。其次,考虑到现有宽线性波束形成算法都是基于最小方差准则,而对于非高斯信号,最小方差准则不再最优,故针对次高斯非圆信号,提出了基于宽线性最小离差的波束形成算法。主要思想是结合了宽线性的框架和最小离差准则,充分利用了信号特性。所提算法在高信噪比时仍有很好的性能,同时其也能处理多于阵元数的信号个数。最后,针对基于非圆系数估计的宽线性波束形成算法在互耦误差下性能会下降的情况,我们借鉴辅助阵元的思想,利用中间子阵的接收数据作为宽线性波束形成器的输入,给出了一种估计非圆系数的方法,最后得到一个对互耦稳健的宽线性波束形成算法。仿真实验验证了该算法在互耦误差下的性能提升。
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