一种基于SOCP和IFT的频率-方向不变波束形成方法

常规波束形成中主瓣宽度随频率和方向(方位角和俯仰角)变化,进而影响阵列分辨率及波束形成器的整体性能。为实现频率-方向不变波束形成,提高波束形成可靠性,基于约束优化的思想,提出一种基于二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)和傅里叶逆变换(Inverse Fourier Transform,IFT)的宽带频率-方向不变恒定束宽波束形成方法。方法以均匀矩形平面阵为模型,首先采用SOCP波束优化设计方法得到参考波束,再基于IFT设计出参考方向上的频率不变恒定主瓣波束,最后基于提出的SOCP二维方向不变波束形成新方法实现不同频点上的方向不变恒定主瓣波束。经仿真分析,方法设计的波束在数字频率π/2~π、不同方位角及俯仰角指向15°~50°上均具有束宽较恒定的波束,与基于线阵的恒定束宽波束形成方法相比,提高了波束形成器在实际空间中的可靠性,具有一定的相关工程应用参考价值。

基于压缩感知的频率不变波束旁瓣水平优化方法

频率不变波束形成技术属于恒定束宽波束形成,能解决宽带信号中不同频率分量对应的波束响应不一致的问题.针对现有的一类将恒定主瓣宽度作为约束条件的频率不变波束形成方法,当阵元个数确定以后,形成的波束旁瓣水平往往达不到实际需求的问题,借助压缩感知理论,提出了一种改善波束旁瓣水平的新方法.提出的方法引入压缩感知理论(compressed sensing,CS)进行信号的预处理,并利用二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)进行频率不变波束形成.由于压缩感知的恢复算法可以对压缩采样矩阵采集的信号进行精确重构,从而达到以更少的阵元获得相同的波束形成器性能.换言之,在相同的阵元个数条件下,通过阵列虚拟扩展增大了阵列的孔径,提出的方法比基于SOCP的频率不变波束形成方法有更低的旁瓣水平,仿真结果也表明了该方法的有效性,在相关的工程实践中具有一定的参考价值.

稀疏阵列方向不变恒定束宽波束形成优化方法

为减少实际阵元数目并保证不同指向角对应的波束主瓣宽度保持恒定,提出一种基于压缩感知(com-pressive sensing,CS)和二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)的方向不变波束形成(stcering-invariant beamforming,SIB)优化方法。运用CS恢复算法对阵列虚拟拓展后的稀疏阵列采集到的压缩测量信号进行恢复并计算其虚拟加权矢量。通过虚拟加权矢量设计参考波束,采用设计波束主瓣与参数波束主瓣均方误差最小条件下保证设计波束旁瓣水平最低的准则,基于SOCP方法进行方向不变波束形成优化设计。实验结果表明,提出的方法在保证方向不变恒定束宽波束形成性能的同时,减少了实际阵元数目。

一种基于压缩感知的均匀线阵频率不变波束优化方法

频率不变波束形成技术属于恒定束宽波束形成,能解决宽带信号中不同频率分量对应的波束响应不一致问题。针对现有的一类以均匀线阵为模型将恒定主瓣宽度作为约束条件的频率不变波束形成方法,当阵元个数确定后,形成的波束主瓣宽度和旁瓣水平往往达不到实际需求,借助压缩感知理论和阵列虚拟扩展的思想,提出一种改善波束性能的新方法。提出的方法以均匀线阵为模型,利用阵列虚拟扩展增大阵列的孔径,引入压缩感知理论(compressed sensing,CS)进行信号预处理,并利用二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)进行频率不变波束形成。由于压缩感知的恢复算法可以对压缩采样矩阵采集的信号进行精确重构,从而达到以更少的阵元获得相同的波束形成器性能。换言之,在相同的阵元个数条件下,通过阵列虚拟扩展增大了阵列的孔径,提出的方法比基于SOCP的频率不变波束形成方法有更窄的主瓣宽度和更低的旁瓣水平,仿真结果也表明了该方法的有效性,在相关工程实践中具有一定的参考价值。