波束域稳健自适应波束形成技术研究

【摘要】当前,通信产业迅猛发展,无线通信技术中信号处理受到了越来越多的学者的重视,其中无线通信中采用的阵列信号被广泛应用到各种电子设备中,如雷达、声呐、麦克风阵列信号处理、医学影像、无线通信、矿物勘探等等领域。阵列信号处理的目的就是使波束形成器能够使有用信号通过,同时抑制甚至滤除干扰和噪声。自适应算法就是波束器的加权矢量能够根据采样数据的变化尽可能及时变化,为了使波束输出的信号干扰噪声的比值保持最大化,这就是研究稳健算法的最初起源,稳健波束形成器就是在存在各种失配和干扰等条件下其输出仍然能够保持输出的波束无畸变。我们根据加权矢量的表达式可以知道它通常包含两部分,一部分是采样信号的自相关矩阵,这个自相关矩阵分为包含有有用信号和不含有有用信号的两种情况；另一部分就是信号的指向矢量,指向矢量能否精确的得到是稳健波束形成的主要影响因素之一。一般采样信号的自相关矩阵由于受到设备和技术的限制,我们都是采取抽样统计的方法,而对指向矢量在实际应用中无法精确确定,这样指向矢量就存在一定的误差,针对这种情况,本文提出了一种降低计算量的同时在指向矢量存在误差的情况下,波束形成器保持输出稳健波束的算法,我们称这种算法为稳健的波束域简化特征空间自适应算法,针对存在干扰信号的情况,本文提出了波束域深零陷自适应算法。1本文首先讲解了阵列信号处理的基础理论知识和自适应波束形成器的设计的三大经典准则。然后针对指向误差落在主瓣边沿时,波束的稳健性急剧下降,本文提出了对导向误差左右各旋转一个角度,然后去求这个两个指向误差的权平均值。同时,为了减少计算量,我们利用降维处理,也就是把信号变换到波束域空间上进行处理,我们知道可以把波束域特征空间可以分为信号子空间(包括干扰信号)和噪声子空间信号,为了减少特征空间分解带来的计算量,本文对波束域特征空间采用空间协方差矩阵逆的高阶次幂去逼近信号子空间,这样不但能够形成稳健的波束,而且能够降低计算量,具有现实的工程使用价值。2信号在复杂的电磁空间中传播,干扰信号的干扰无法避免,这样就模糊了有用信号的接收,如何使干扰信号能够在波束方向图上的干扰方向上更好地区分,成了我们分辨有用信号和干扰的重要研究方向。在波束域上,根据波束形成图在干扰方向上的零陷深度与干扰信号的强度存在一定关系(正相关关系),本文提出了自动加强干扰系数来增大干扰信号的功率,使波束方向上能能够形成较深的零陷。我们通过实验对干扰信号的功率谱,波束方向图,输出SINR随采样数的变化,得出本文波束域算法的干扰系数无论为多少时,都能够准确指向干扰信号的方向,并且在干扰系数越大,波束图在干扰方向的零陷深度越深。
【作者】赵宏鹏；
【导师】代月花；
【作者基本信息】安徽大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】波束域；稳健算法；自适应；LCMV；深零点；

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