基于分布式和协同波束形成算法的自组织无线传感器网络

文章所考虑的方案是如何让无线传感器网络(WSN)中的传感器把被监视的数据处理、传输到远端的收集器上;远端的收集器可能是已经部署好了的WSNs上收集数据的基地站(BS),如用于地震,海啸,或污染监测等;文章分析使用了分布式和协同波束形成技术(DC-BMF),这一技术把节点作为一个相控阵上的元素,在每个天线节点信号的阶段,元素线性组合以调整整个阵列的定向增益。

分布式相参雷达相参效率及相参景深研究

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar,DCAR)所发射信号仅能在感兴趣点处完全相参叠加,在一定发射相参效率约束下,因相参位置失配会出现能量弥散现象。对此,定义“相参景深”用以描述该能量弥散现象,并给出相参景深形成原因,指出其有界性和周期性特征,分析其影响因素,以具象化和定量化的方式揭示发射相参效率空间分布规律,可有效支撑DCAR发射信号参数和阵列构型选择等工程实践。最后,以多节点单元雷达的DCAR设计仿真实验,证明了所提方法的有效性。

基于波束形成的分布式卫星SAR成像

针对分布式卫星 SAR系统的正侧视工作模式 ,建立了雷达信号的回波模型 ,提出了利用修改的距离 -多普勒 ( RD)算法进行单个星载 SAR成像的算法及波束形成合成分布式卫星 SAR图像的算法。理论分析和仿真结果表明 :利用该算法能提高图像的信噪比 。

分布式卫星SAR的波束形成和多视处理成像

针对分布式卫星SAR的正侧视工作模式,该文建立了雷达信号的回波模型,提出了分布式卫星SAR中单个星载SAR的成像算法和利用波束形成和多视处理合成分布式卫星SAR图像的算法。理论分析和仿真结果表明:该算法能在不改变图像分辨力的情况下提高图像的信噪比和抑制相干斑,改善图像质量。

协作认知网络中鲁棒的分布式波束形成

针对放大转发协作认知网络中信道信息快变导致主用户接收到的干扰功率不受控制的情况,提出了一种鲁棒的分布式波束形成(RDRB)算法。当次用户协作节点上的信道信息有估计误差时,RDRB算法通过设计次用户协作中继节点上的波束形成系数最大化目的节点的信噪比,同时保证了对主用户干扰功率和各个中继节点最大发射功率均不超过门限。RDRB算法通过二分法可以搜索到非凸的原问题的次优解,极大地降低了运算量,还可以在信道快变时控制主用户接收到的干扰功率。仿真结果表明,RDRB算法能严格地将主用户接收到的干扰功率控制在既定的干扰门限之下,低于非鲁棒算法2dB以上,从而有效地保护了主用户能正常通信不受干扰。

基于Householder多级维纳滤波器的全联通WSN分布式LCMV波束形成器方法

针对减少分布式LCMV波束形成器在全联通WSN中的计算量问题,提出基于Householder多级维纳滤波器(HMSWF)的分布式LCMV波束形成器方法.该方法通过有效引入HMSWF技术避免本地协方差矩阵估计及求逆运算,能以更少的计算量获得分布式LCMV波束形成器相同的输出性能.另外,还可以在递推过程中进行合理截断处理来进一步降低运算量.计算机仿真结果验证了算法的优良性能.

基于多级维纳滤波器的树型WSN分布式线性约束最小方差波束形成方法

为减少树型无线传感器网络(Wireless sensor network,WSN)中分布式线性约束最小方差(Linearly constrained minimum variance,LCMV)波束形成器的计算量,将多级分解技术用于WSN分布式波束形成技术中,提出基于多级维纳滤波器(Multistage Wiener filter,MSWF)的分布式LCMV波束形成器方法。该方法通过有效引入MSWF技术避免本地协方差矩阵估计及求逆运算,能以更少的计算量获得分布式LCMV波束形成器相同的输出性能,说明新方法继承了MSWF和分布式LCMV波束形成器的优点。计算机仿真结果验证了算法的优良性能。

基于Schur-Hadamard积波束形成的相干分布式信源参数估计

对于由本地散射导致的分布式信源参数估计,根据分布式信源空间角度信号密度的共轭对称特性,将相干分布式信源的方向向量化简为点信源方向向量与实矩阵的Schur-Hadamard积,提出了一种基于Schur-Hadamard积波束形成的相干分布式信源中心波达方向和角度扩散参数估计算法。由于在约束条件中考虑了角度扩散,算法具有一定的鲁棒性,适用于角度扩散较大的场合。仿真实验表明,与MUSIC类算法DSPE相比,基于Schur-Hadamard积的波束形成参数估计算法具有更好的信噪比性能和参数估计精度,更适用于复杂的通信环境。

基于盲波束形成的分布式目标波达方向估计方法

在分布式目标波达方向估计问题中 ,空间信号分布函数一般具有共轭对称性 .本文提出了一种新的盲波束形成方法 ,不用进行多维参数搜索 ,不要求已知空间信号分布的具体函数形式 ,并适用于分布函数形式不同的分布式目标同时存在的情况 .仿真实验结果表明 ,这种方法的波达方向估计性能对信号源的分布特性不敏感 .

改进的树型WSN分布式LCMV波束形成方法

针对减少树型无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)中分布式线性约束最小方差(linearly constrained minimum variance,LCMV)波束形成器计算量问题,提出基于Householder多级维纳滤波器(Householder multistage Wiener filter,HMSWF)的分布式LCMV波束形成器方法。该方法通过有效引入HMSWF技术避免本地协方差矩阵估计及求逆运算,能以更少的计算量获得分布式LCMV波束形成器相同的输出性能。计算机仿真结果验证了算法的优良性能。

频率选择性信道中的多用户分布式波束形成技术

该文研究频率选择性信道中多用户点对点分布式中继网络波束形成技术。为了均衡源节点与中继节点以及中继节点与目标节点之间的频率选择性信道,该文提出的波束形成技术在中继节点上采用有限长响应滤波器和滤波而后转发的中继数据传输方法,以最小化中继节点的发射总功率为目标,同时满足所有目标节点的服务质量(Qo S)。该波束形成优化问题的直接形式由于其非凸性而难以求得最优解。该文采用半定松弛(SDP)方法将其近似为凸优化问题,进而可以用内点法高效快速求解。仿真结果表明,相较于传统的放大而后转发的波束形成技术,所提波束形成方法能有效提高频率选择性信道中多用户中继网络的性能。

采用分布式并行子阵波束形成的水下三维成像

针对水下三维声纳成像技术因计算负载过大而无法满足实时性需求的问题,提出一种频域分布式并行子阵波束形成算法.基于大规模二维方形平面换能器阵列,将全面阵分解成两级分布式子阵.所有一级子阵采用并行计算架构,同时进行并行波束形成;一级子阵和二级子阵之间采用流水线分布式计算架构,在二级子阵中计算得出波束强度值.基于Matlab软件对该算法进行仿真测试,并与传统波束形成算法相对比.综合考虑主瓣宽度、旁瓣峰值、内存需求量和计算需求量4个参数,给出最合理的子阵分解方法.结果表明:该算法可以实现水下三维声纳成像,并且符合工程实践的实时性需求.

接收端配备滤波器的分布式波束形成技术

基于频率选择性信道中由一个发射节点、一个目标节点和多个中继节点构成的中继网络,该文提出一种新型的分布式波束形成技术。该技术除了在中继节点上采用滤波而后转发的中继数据中转策略之外,在接收节点也配备一个有限长响应(Finite Impulse Response,FIR)滤波器,共同均衡发射节点与中继节点以及中继节点与接收节点之间的频率选择性信道。该文中,此两种滤波器将得到联合优化以提高接收节点的服务质量,并同时满足中继节点的发射功率限制。仿真结果表明,相较于放大而后转发以及滤波而后转发但无接收滤波器的波束形成器而言,所提波束形成技术极大地提高了频率选择性信道中中继网络的性能。

J_2项摄动对分布式天基雷达波束形成的影响

分布式天基雷达小卫星不可避免地要受到摄动的影响,摄动不仅对卫星编队有影响,对雷达稀疏阵列的波束形成也会产生很大的影响。从卫星相对运动方程出发,利用轨道摄动方程,并引入编队构型参数,根据分布式天基雷达对各成员卫星间距小而稳定的要求,对采用空间圆编队的分布式天基雷达卫星编队进行了仿真。利用在J2项摄动影响下的分布式天基雷达卫星编队的仿真结果,进行了分布式天基雷达波束形成的仿真,分析了J2项摄动影响下波束指向的偏移量,为研究分布式天基雷达波束形成技术提供了重要的参考依据。

基于QRD和SIC检测的多入多出中继网络分布式波束形成方案

考虑多天线多中继两跳半双工无线网络,基于AF协议提出了RZF和IRZF-MF 2种分布式波束形成方案.在中继节点,前者使用RZF技术进行接收和发射波束形成,后者分别使用IRZF和MF技术进行接收和发射波束形成.仿真结果显示,在瑞利信道下,2种方案与现有的MF-RZF方案性能相当;而在莱斯信道下,文中RZF方案性能最优,但需要较高的计算复杂度.相对于除RZF方案的其他方案,IRZF-MF实现了系统容量增益,并且其计算复杂度低于RZF方案.

节点本振误差对分布式发射波束形成性能的影响

采用核密度估计方法,对存在本振误差时的分布式发射波束形成(DTBF)性能进行统计分析.考虑存在载波初始相位偏移、载波频率偏移、相位噪声等3个偏差项,推导了对应的任意阵平均波束图和互补累积分布函数的理论表达式,并选用衰减因子和波束图特征参数分析本振误差对远场波束性能影响.理论分析和模拟结果显示,本振误差会导致DTBF性能出现衰减,并使合成波束图的平均主瓣水平下降,主瓣变宽,旁瓣区域扩展,波束图出现高旁瓣.随着时间的增长,本振误差累积增大,所致性能衰减增大,聚集到目标方位的能量减少.

频率跳变对分布式发射波束形成性能的影响

为分析发射节点载波频率跳变对多电台分布式发射波束形成性能的影响,采用任意阵平均波束图为指标进行了频率跳变影响分析。针对多电台节点位置固定场景,考虑频率跳变后系统设置保持不变和调整节点预补偿相位等两种情形,推导给出了对应的性能表达式以考察发射波束整体性能,并分析比较了频率跳变对3dB波束宽度、3dB旁瓣区域、指向性系数等平均波束特征的影响。理论分析和仿真结果表明,频率跳变会使平均波束图出现畸变,改变平均主瓣水平和波束指向;在对应调整预补偿相位后,可保证波束指向不变,但平均主瓣水平仍会发生变化。

非理想CSIT下超密集分布式天线网络的高能效协同波束成形

针对超密集分布式天线网络(md-DAN)的下行场景,基于以用户为中心的虚拟小区模式,在非理想的发端信道状态信息(CSIT)条件下对系统的高能效协同波束成形问题进行研究。提出一种采用连续Taylor展开和Dinkelbach方法的迭代解决问题方案。仿真表明,该方案在不同网络部署密集程度下均可明显提高md-DAN系统能效。

分布式目标下行波束形成

研究了智能天线在下行链路的应用,利用上行链路接收数据,建立分布式目标信道模型,估计移动用户的发射角、扩展角度和发射功率以及下行信道相关矩阵,确定下行链路的波束形成方法,即对频分复用(FDD)系统进行上行相关矩阵变换,构建下行信道协方差矩阵,利用最大合并比准则获得下行链路权值。计算机仿真证实了这种方法的有效性。

分布式干扰波束形成及其性能影响因素分析

对分布式干扰波束形成的性能及其影响因素进行了系统性分析,推导了分布式干扰波束形成的归一化平均功率方向图,对相位误差和位置误差对归一化平均方向图的影响进行了理论分析。仿真结果表明,干扰节点越多,归一化平均功率方向图的主副比越大;干扰节点分布区域越大,波束宽度越窄;相位误差的存在会导致分布式干扰波束形成的性能下降,相位误差越大,归一化平均功率方向图的峰值越低。