抗阵列流形误差的稳健低旁瓣波束优化设计

文章研究了水听器阵稳健的波束优化方法。分析了阵列流形误差对波束形成器性能的影响,设计了两种抗阵列流形误差的稳健低旁瓣波束形成方法:L1范数准则法(L1方法)和L2范数准则法(L2方法)。在不同阵元位置误差的情况下,对这两种方法进行了仿真分析。对比理想最低旁瓣(SCOP)波束优化设计方法,L1方法和L2方法具有较好的稳健性,验证了抗阵列流形误差的稳健低旁瓣波束形成方法的正确性和可行性。

基于二阶统计特性的方向向量估计算法的DOA估计

为了减小天线阵流形误差对波达方向(DOA)估计结果的影响,以及克服基于传统盲源分离算法的DOA估计算法不能应用于少通道测向设备的不足,提出一种基于2阶统计特性的方向向量估计算法的DOA估计算法。首先,根据确定性最大似然(DML)估计算法谱函数的特征,构造关于协方差矩阵的酉约束下的优化问题;然后,通过优化该问题获得各个单信号的实际方向向量;最后,将各个单信号的实际方向向量输入到空间谱算法中实现DOA估计。由于将多信号的DOA估计转化为多个单信号的DOA估计,因此在天线阵列流形存在误差时,所提算法比传统的DOA方法具有更好的DOA估计性能。由于所提算法仅需使用协方差矩阵,因此所提算法可应用于少通道测向设备。由仿真实验结果可知,在阵列流形存在误差以及测向设备为少通道测向设备时,与传统DOA方法相比,所提算法的DOA估计的准确度、抗扰度以及分辨率更高。

一种导向矢量双层估计的稳健波束形成算法

针对自适应波束形成器在出现期望信号导向矢量失配和阵列流形误差时,性能急剧下降的问题,提出一种稳健的波束形成算法。该算法首先利用期望信号大致方位区间上的导向矢量构建一个线性空间,将期望信号导向矢量初步估计为该线性空间基向量的线性组合,再利用不确定集优化方法对初步估计的导向矢量进行校正,算法无需迭代求解,计算量较小。仿真结果表明该算法显著提高了波束形成器在导向矢量失配和阵列流形误差下的稳健性,输出性能优于目前的方法。

稳健的波束优化设计及FPGA实现

在分析二阶锥规划(Second-Order Cone Programming,SOCP)算法的基础上,设计了声呐阵列并采用SOCP方法对其波束图进行了优化;根据SOCP的波束优化设计方法,设计了基于FPGA的16元均匀圆阵的波束形成器。目的在于提高波束优化设计的稳健性以及信号处理系统的运算实时性、运算精度等。对FPGA波束形成器的仿真性能进行了分析,主要分析了以下两个方面:首先分析了当权值位数不同时对波束形成器输出的影响,其次分析了波束优化设计方法的抗阵列流形误差的性能。仿真设计结果和实验表明本文方法的有效性。二阶锥波束优化设计的波束图有着良好的稳健性,采用12位权值的FPGA波束形成器,抗阵元位置误差性能也比较好。