机载数据链通信系统波束成形零陷展宽研究

机载数据链通信系统广泛应用于航空、无人机、通信、军事等多方面。然而其所处的高动态环境普遍受到强干扰影响,抗干扰能力亟待加强。本文研究基于空域抗干扰中的传统稳健自适应波束成形技术,针对机载平台干扰发生快速变化场景,干扰易被移除零陷范围而导致抗干扰算法失效问题,设计改进了一种适用于机载数据链的高动态环境抗干扰波束成形零陷展宽算法——施加旁瓣区域抑制约束的投影子空间分解(Sidelobe region Suppression Constrained EIGen-subspace decomposition,SSC-EIG)。该算法基于特征子空间投影法,事先得到干扰来波的大致范围的先验信息,施加旁瓣区域抑制约束并估计旁瓣干扰功率。仿真结果表明,在干扰方向高速移动时,阵列天线输出信干噪比明显提升。波束图零陷得到展宽,抗干扰稳健性进一步增强,并减轻了在高动态环境下无人机导航、导弹制导和地空通信等机载数据链路正确接收信令信号的困难。

高动态场景下的极化空时零陷展宽算法

在高动态场景下,干扰源相对于抗干扰天线快速运动,传统抗干扰算法会零陷失配,导致抗干扰性能失效。为此,提出一种极化空时多维域联合的协方差矩阵锥化(CMT)算法。基于Laplace分布构造锥化矩阵来模拟干扰运动状态,通过锥化矩阵与原始协方差矩阵重构新的协方差矩阵实现零陷展宽,结合最小方差无失真响应(MVDR)准则求解阵列权矢量。仿真结果从波束方向图、输出性能和卫星捕获结果3个方面证实了所提算法在干扰位置快变情形下的稳健性,即使在干扰信号和导航信号具有相同的方位角和频带时,也能有效抑制干扰。

一种改进的零陷展宽波束形成算法

针对常规自适应波束形成器因零陷较窄、在出现干扰运动时输出性能下降的问题,提出一种基于投影变换和虚拟天线技术的零陷展宽波束形成算法,利用干扰导向矢量和矩阵锐化技术构造投影变换矩阵,并用其对接收数据进行预处理同时结合对角加载技术得到新的协方差矩阵,引入虚拟天线技术扩展协方差矩阵和导向矢量进行自适应波束形成.算法在零陷展宽的同时可以加深零陷,能有效抑制快速运动干扰,提高阵列天线波束形成的输出性能.仿真结果验证了算法的有效性和优越性.

一种新的波束形成零陷展宽算法

针对自适应波束形成器在干扰位置出现扰动时的输出性能下降问题,该文提出一种新的零陷展宽算法。该算法基于投影变换与对角加载技术的结合,首先利用投影变换技术对阵列接收数据进行预处理,结合对角加载技术,以此构造出一个新的协方差矩阵替代原来的协方差矩阵,再利用自适应波束形成技术得到零陷展宽后的波束图。仿真结果表明,该方法能有效展宽波束零陷宽度,加深零陷深度,达到抑制位置出现扰动的强干扰信号目的。该算法易于求解,对参数的选取具有较强稳健性,在低快拍条件下,依然能有效地工作,增强了自适应波束形成器稳定性。

抗导向矢量失配的零陷展宽波束形成算法

针对自适应波束形成器在干扰出现扰动或期望信号导向矢量失配时,性能急剧下降的问题,提出一种抗导向矢量失配的零陷展宽波束形成方法.首先通过投影变换技术对阵列接收数据进行投影预处理,构造一个新的协方差矩阵,以扩展干扰入射角度,展宽零陷;再根据期望信号入射的大致方位,对波束主瓣进行幅度响应约束,在约束区域形成稳定的响应幅度,达到抗导向矢量失配的目的.该方法可以转化为松弛半正定规划问题进行求解.仿真结果表明:该方法能有效展宽波束的零陷宽度,加深零陷深度,同时具有良好的抗期望信号导向矢量失配的能力,提高了自适应波束形成器在复杂环境下的稳定性.

一种零陷展宽稳健旁瓣相消算法

受到实际条件的限制,自适应旁瓣相消器通常不可能频繁地更新自适应权值,使得其在对抗空域非平稳干扰时,会出现权值失配现象,严重影响干扰抑制性能。该文从空域密集干扰产生宽零陷的角度出发,提出一种适用于自适应旁瓣相消器的零陷展宽算法。该算法通过对主通道的合成权值和辅助天线间的协方差矩阵同时进行锥削实现零陷展宽,锥削向量和锥削矩阵只与阵元位置和展宽宽度有关,可以离线计算,在线直接调用,实现简单,适合工程实际使用。仿真实验证明,该文方法可以有效展宽自适应零陷,增强自适应旁瓣相消器对抗空域非平稳干扰时的稳健性。

一种相干信号自适应波束形成零陷展宽算法

针对传统自适应波束形成器在相干干扰位置出现快速变化时,输出性能下降,甚至干扰抑制失效的问题,提出了一种相干信号自适应波束形成零陷展宽算法。首先,对接收数据协方差矩阵进行解相干处理得到Toeplitz矩阵;其次,对协方差矩阵进行重构和优化;最后,进行零陷展宽和对角加载处理。仿真结果表明:该算法不仅能对相干干扰自适应形成宽零陷,而且可以灵活地控制零陷的深度和宽度;与Mailloux算法相比,在输入信噪比较高的情况下。

基于多参数二次规划的零陷展宽和旁瓣控制方法

自适应波束形成算法能将零陷自动对准干扰方向,但在干扰源角度抖动等情况下,会使自适应权和数据失配.此外,在快拍数较少的情况下,传统的自适应波束形成方法可能会出现很高的旁瓣.针对上述问题,提出了一种有效的基于多参数二次规划的零陷展宽和旁瓣控制方法.首先,利用锥化矩阵修正采样协方差矩阵展宽干扰源的零陷;然后,用主瓣区域外的多个二次不等式控制旁瓣;最后用多参数二次规划方法求解优化问题.该方法不仅能获得更高的阵列输出增益,而且可以通过实值计算得到最优权向量.仿真结果验证了算法的有效性.

基于零陷展宽的双基地声纳直达波抑制算法

双基地声纳系统中存在目标信号与直达波干扰混叠且两者高相关的情况,常规的自适应抵消法因此失效。在双基地声纳系统配置已知的前提下,提出一种基于零陷展宽技术的多约束最小方差直达波抑制算法。该方法通过施加线性约束对特定方向的干扰进行抑制,并针对直达波干扰方位存在扰动时,多约束最小方差算法性能急剧下降的现象运用零陷展宽的方法对算法加以改进。基于零陷展宽的多约束最小方差算法直观、快捷。仿真及实验数据处理的结果表明,在直达波干扰方位大致可知的情况下,该算法能够对直达波进行有效抑制,且对直达波的方位估计误差具有稳健性。

零陷展宽的递推实现方法

目前常用的零陷展宽算法都可以归纳到协方差矩阵锥化(CMT)的范畴,按常规计算方式,CMT法的运算量为O(M3)。文章首先通过对CMT法中的锥化矩阵进行特征值分解,提出了一种递推实现的零陷展宽算法,将运算量降为O(JM2)(J为锥化矩阵的秩);将该递推方法与对角加载算法结合,大大提高了算法的鲁棒性;最后针对几种常用的锥化矩阵进行了分析,确定了Mailloux算法中虚拟干扰源的选取原则,对MZ算法的锥化矩阵进行了降秩近似,进一步降低了运算量。计算机仿真分析表明,递推CMT算法在与原算法性能相当的情况下运算速度大大提高,与对角加载算法结合后,可以以较低的运算量实现较好的稳健性。

基于零陷展宽并加深的高动态GNSS抗干扰算法

为解决高动态下自适应抗干扰算法在零陷展宽后深度变浅的问题,提出了干扰扰动服从高斯统计分布的零陷展宽并加深算法。该算法通过投影变换方法对数据进行预处理,提取采样信号中的干扰分量,并通过系数加权增强干扰分量,在零陷展宽算法基础上构造新的协方差矩阵,最后利用功率倒置算法完成干扰抑制,达到零陷展宽并加深的目的。仿真实验结果表明,在高动态条件下,所提算法在零陷展宽算法的基础上实现了深度的增加,提高了零陷展宽抗干扰算法的稳健性。

零陷展宽对角载入算法

提出了零陷展宽对角载入算法,该算法既解决了干扰在快速运动时,干扰零陷过窄的问题,又解决了协方差矩阵误差和导向矢量误差存在时,算法稳定性变差的问题。同时,通过对角载入因子和采样协方差矩阵间的关系确定了对角载入算法载入因子的值。计算机仿真结果表明该算法有很好的稳健性,以及较宽的零陷。

基于功率估计的高动态GNSS抗干扰零陷展宽算法

全球卫星导航系统(GNSS)接收机在高速运动状态下时,干扰来向的快速变化会导致阵列抗干扰算法性能下降,为此,提出一种基于功率估计的抗干扰零陷展宽算法。根据特征值将采样协方差矩阵划分为信号子空间与噪声子空间,通过子空间投影确立信号导向矢量与功率的线性关系;利用线性关系估计干扰功率,并根据零陷展宽需求重新设定干扰区域内的信号功率;最后,以干扰区域内功率的估计值为基础重构干扰加噪声协方差矩阵,求解阵列权矢量。仿真表明,相比其他零陷展宽算法,所提算法在相同展宽下具有更深的零陷,阵列输出信干噪比也有所提升。

SDL阵列宽带零陷展宽波束形成

传统宽带自适应波束形成算法在信号带宽较宽时硬件实现困难且形成零陷较窄.针对此问题,利用传感器延迟线阵列结构替代传统的时域抽头延迟线结构,在此基础上提出基于空间响应偏差约束的宽带零陷展宽波束形成方案.对参考频率干扰信号方向邻域的波束响应进行最大值约束,然后利用SRV约束将零陷展宽,通过凸优化工具求得最优加权向量.仿真结果表明,该算法可在保证波束宽度的同时实现宽带零陷展宽.在零陷宽度设定为10?、零陷深度为-30 d B的条件下,零陷宽度实测值可以达到14.7?,且具有较高的输出信干噪比.

一种适用于任意平面阵的零陷展宽并加深算法

高动态环境下常规协方差矩阵锥化(CMT)零陷展宽算法在零陷展宽后深度会变浅,且应用于二维平面阵上时需要信号来向信息。为此提出了干扰来向扰动服从Laplace分布的零陷展宽并加深算法。该算法首先对信号模型重新建模,并基于模型推导了二维Laplace算法;之后利用投影变换提取出数据中的干扰分量,并通过系数加权增强干扰分量;重新构造协方差矩阵,利用零陷展宽算法扩展干扰来向;最后结合功率倒置(PI)算法完成干扰抑制。仿真实验表明,所提算法不但能够在零陷展宽算法的基础上实现零陷加深,提高了抗干扰算法稳健性,并且能够适用于任意平面阵。

一种抗阵列流型误差的波束形成零陷展宽方法

针对现有波束形成零陷展宽方法在阵列流型误差情况下性能严重下降的问题,提出了一种抗阵列流型误差的零陷展宽方法。该方法首先利用不确定集优化方法,对预定区域内的干扰导向矢量进行校正,再结合协方差矩阵锐化技术构造一个零陷展宽投影矩阵,对采样协方差矩阵做投影处理,最后用投影处理后的协方差矩阵进行波束形成。仿真结果表明:所提方法在阵列流型误差的情况下,与现有波束形成零陷展宽方法相比具有更好的零陷展宽效果和输出性能,且计算复杂度很低,是一种先进的稳健波束形成零陷展宽方法。

一种零陷展宽鲁棒自适应波束形成算法

自适应波束形成器对模型失配与运动干扰非常敏感,特别是训练数据中包含期望信号分量时,较小的系统误差也会导致算法性能严重下降。该文提出一种零陷展宽鲁棒自适应波束形成算法,通过重构和优化干扰加噪声协方差矩阵,并估计真实导向矢量来提高算法抗系统误差与运动干扰的鲁棒性。该算法还可以通过调整主瓣宽度来优化波束旁瓣。仿真实验验证了所提算法的正确性和有效性。

一种锥台形阵列的二维干扰零陷展宽算法

当干扰位置快变化时,自适应波束形成的权矢量的更新速率跟不上干扰位置的变化速率,从而导致抗干扰的效果变差甚至使算法失效。文中在锥台形阵列的基础上,建立干扰位置扰动服从两点分布的模型,从数学的角度推导出一种锥台形阵列的二维零陷展宽算法,该算法可以根据实际快速运动干扰的特性,建立相应算法所需的先验参数,将此参数应用于该零陷展宽算法,可以有效地抑制对应的快速运动干扰。计算机仿真证明了该算法的有效性。

一种宽带零陷展宽恒定束宽波束形成算法

数字波束形成技术是一种以数字方法来实现波束形成的技术。传统的线性约束最小方差(LCMV)宽带波束形成算法在期望方向上的阵列响应施加等式约束,过多地消耗用于抑制干扰和噪声的自由度,导致阵列天线的输出性能受限、对干扰信号的抑制能力变差。针对传统的LCMV宽带波束形成算法存在的问题,文章提出了一种宽带零陷展宽恒定束宽波束形成算法。该算法在期望方向上的阵列响应施加不等式约束,获得了更高的干扰抑制能力和输出信干比性能;并结合SRV约束,有效简化了在期望方向上的约束条件,获得了更多的自由度;同时使用零陷展宽技术,在干扰方向附近施加线性约束条件,展宽了在干扰方向形成的零陷。最后,通过仿真实验,对算法的性能进行了分析和验证。

基于零陷展宽的空域海杂波抑制算法

为抑制海杂波检测高频地波雷达(high frequency surface wave radar,HFSWR)中的目标,提出了基于零陷展宽(null widening,NW)的空域海杂波抑制算法.NW算法利用海洋运动的连续性和海杂波的弥散性,基于干扰位置变化规律构造加权干扰NW矩阵,从阵列中抑制海杂波并保留目标.与其他海杂波抑制算法对比,利用新的波束形成方法将干扰零陷方向展宽,不改变噪声项贡献,从而有效抑制海杂波.利用NW算法在空域抑制海杂波时,根据实际应用环境计算修正矩阵,在实时信号处理过程中不仅运算速度快,而且提高了输出信号杂波噪声比(signal to clutter plus noise ratio,SCNR),针对海杂波抑制效果较好,有助于后续信号处理目标检测工作.