宽零点约束的圆阵宽带波束形成研究

在实现具有良好抗干扰能力的阵列宽带波束形成的过程中,经常要面临宽零点约束的方向图综合问题。提出了最小最大旁瓣宽零点约束算法(MMSLC),优化了波束对消器零点的设置方法,以比传统的算法减少所需设置的零点数目,实现了宽零点约束的方向图,提高了圆阵宽带波束形成算法的有效性。仿真结果显示MMSLC算法较传统算法的优越性。

基于零点约束的宽带时域波束形成器设计

针对强干扰环境中弱目标信号检测,通道幅相误差制约宽带阵列干扰抑制能力问题,基于分步设计思想提出一种零点约束宽带时域波束形成器设计方法。通过在强干扰方位区间设置零点约束条件并结合阵列通道误差校正构建通道期望频率响应,采用任意幅相响应FIR滤波器实现宽带时域波束设计,数值仿真分析零点约束算法对通道幅相误差敏感引起干扰抑制和目标检测性能下降,该设计方法可有效补偿误差保证零点约束性能提升目标检测能力,仿真结果验证了设计方法的有效性。

零点约束的有向阵元圆阵方向图最优综合

圆形阵列由于可实现全空间无模糊的波束扫描而得到广泛应用。给出了基于最小均方误差准则下有向阵元均匀圆阵的最佳方向图综合方法。在无约束和带零点约束两种情况下,分别给出了相应最优权值的求解公式。由于圆形阵列具有较高的近轴旁瓣电平,通过对主波束附近的旁瓣增加零点约束条件来达到降低近轴旁瓣电平的目的。研究表明,不同零点约束会对旁瓣电平有明显的影响,合适的零点位置能明显改善方向图的近轴性能。该方法简单易行,适合在圆形相控阵天线中使用。仿真给出了对近轴旁瓣电平改善最明显的零点位置。

基于相位校正的零点约束直达波抑制方法

在收发分置的系统中,直达波干扰抑制一直是系统的关键技术之一。强直达波干扰本质上是一种典型的强相干干扰。针对双、多基地声呐中的直达波干扰进行了讨论,提出了利用零点约束波束形成进行直达波抑制的方法。该方法通过在直达波的方位附近设置零点对直达波进行抑制,从而估计出目标的方位。鉴于该算法对直达波的相位信息有严苛的要求,提出了基于直达波相位校正的改进方法,提高了算法在实际应用中的宽容性,并通过计算机仿真以及水池试验验证了有效性。

宽零点约束的宽带波束形成

为解决在空间指定区域内形成宽零点抑制宽带干扰的问题,该文提出了一种宽零点约束的宽带波束形成方法。该方法首先利用宽零点约束的窄带波束形成得到频域权值,再利用时域、频域宽带波束形成的等价性求解相应的时域波束形成权值。该方法能够在指定区域内形成期望深度的宽零点,数值实验结果证明了该方法的有效性。该文的方法具有权值计算复杂度低、滤波处理延迟小的特点,适合应用于实际的数字宽带阵列系统中。

聚焦波束形成的一阶零点约束权

为解决由于强亮点源(以下称为干扰)的存在影响对弱亮点源(以下称为目标)的测量和分析,甚至无法得到弱目标噪声源声图的问题,给出了一种聚焦波束形成的零阶和一阶导数共同约束的零陷权(以下称为一阶零点约束权).该权可以在任意给定的多个位置形成零点,取得目标的位置和波形,并抑制干扰的旁瓣,且仅取决于干扰的位置,无需实时解算,运算量小、稳健性高.不同信噪比和信干比条件下,单个和多个干扰的仿真结果表明,该算法在常规的聚集波束形成无法得到目标噪声源声图的情况下,可以在单个或多个干扰位置形成零点,得到目标噪声源的声图.

基于约束最小二乘的稳健发射波束零点控制方法

针对阵列误差下传统的发射波束零点控制算法性能下降,波束主瓣产生畸变以及零点方向不能正确地指向期望方向的问题,提出一种基于约束最小二乘的稳健发射波束零点产生方法。该方法在阵列误差已知的情况下,首先基于约束的最小二乘算法求解理想阵列条件下宽零点约束的最优权值矢量,然后根据阵列误差矩阵进行权值修正,在阵列误差值未知时首先求解无零点约束的常规稳健最优权值矢量,利用二阶锥规划模型求解,然后通过约束的最小二乘误差逼近求解宽零点约束的最优权值矢量。数值仿真结果表明,所提方法能够解决阵列误差下宽零点约束发射波束形成的稳健性问题。

5GHz无线频段的复合数字阵列天线噪声抑制

针对当前天线噪声抑制方法不能有效处理主瓣干扰,导致噪声抑制效果差的问题,提出了基于5GHz无线频段的复合数字阵列天线噪声抑制方法。根据5GHz无线频段相关理论设计出复合数字阵列天线。因目标到达天线方向与角度的不同,将噪声干扰分为主瓣干扰与旁瓣干扰,主要对主瓣干扰引起的波束形变、方向曲线失真等情况进行抑制。对噪声影响下的追踪信号进行差波束零点约束处理,运用倒数约束法限制单脉冲比曲线,将其保持在曲线线性条件内,同时利用阻塞矩阵降低追踪信号自由度,实现对天线噪声的有效抑制。仿真结果表明,研究方法的数字单脉冲测向精度高,噪声抑制耗时短,效果好。

球谐域混叠消除最优波束形成方法

为解决现有的球谐域混叠消除波束形成方法设计目标单一、难以很好地兼容多变的应用场景的问题,提出了球谐域混叠消除最优波束形成方法,并建立了其二阶锥规划形式的多重约束凸优化数学模型。得益于该数学模型,提出了旁瓣约束的混叠消除最大指向性波束形成器、鲁棒的混叠消除最大指向性波束形成器、混叠消除最小方差无失真响应波束形成器、零点约束的混叠消除最大指向性波束形成器。提出方法继承了现有球谐域混叠消除波束形成方法的混叠消除功能,且能够在指向性指数、白噪声增益、旁瓣水平等多个冲突的性能指标之间寻求适宜折中,便于用户根据实际应用需求灵活地调整约束参数得到特定场景下综合性能最优的波束形成器。

一种宽带子阵波束形成的栅瓣抑制方法

针对子阵划分给宽带波束形成中带来的栅瓣影响,把零点调向技术与宽带波束形成技术相结合,提出用加入零点约束的方式对宽带子阵波束形成中的栅瓣加以抑制。通过加入零点约束,优化波束形成的权矢量,在阵元级进行波束形成时在栅瓣方向形成零点,消除子阵级波束形成时产生的栅瓣的影响。经过理论分析与计算机仿真,证实该方法具有一定的实际应用价值。

一场近场修正型干扰抑制波束形成算法

当本地信号声纳平台发射或存在动力噪声源时,产生的近场干扰由于辐射面按照球面波扩展,因而到达水平直线阵各阵元的时延差不同,如果按照远场平面波处理将带来干扰抑制性能的下降。若按照近场处理,则扫描远场目标时将大大增加了运算量。针对上述问题,对近场干扰按照球面波进行时延差修正,提出修正型Bartlett零点约束波束形成器。并针对多个近场干扰源或一个多亮点模型干扰源时,推导得出了多零点约束时的修正型Bartlett零点约束波束形成器。通过理论推导和算法仿真比较修正前后的干扰抑制效果,仿真数据的处理结果得出,修正型Bartlett零点约束波束形成技术能有效抑制近场干扰对远处目标的探测。

基于误差分布的鲁棒性差分波束形成设计

差分波束形成算法由于具有小尺寸、高指向性、宽带恒定束宽等优点受到了广泛关注。传统的基于零点约束的差分波束形成算法在工程上实现简单,但受限于白噪声增益放大特性,在低频处鲁棒性性能较弱。针对此问题,提出了一种基于误差概率密度函数零点能量最小化的差分波束形成算法,通过引入导向矢量误差分布的先验信息,对零点能量的期望值进行最优化。仿真结果表明,在低频处改进算法的白噪声增益性能明显改善,进一步提升抗干扰性能,并且在波束方向的频响更平坦。

反卷积波束形成在主瓣干扰抑制中的应用

干扰抑制可分为旁瓣干扰抑制和主瓣干扰抑制两种。传统的自适应波束形成算法在旁瓣干扰抑制中具有良好的抗干扰性能,但在主瓣干扰抑制中基本失效。针对主瓣存在强干扰的情况,提出一种结合零点约束的反卷积波束形成算法。该方法首先通过反卷积算法获取准确的强干扰方位,然后在干扰方位附近设置零点约束,计算零点约束下的波束输出响应;最后基于Lucy-Richardson迭代实现反卷积处理,对弱目标方位进行估计。仿真结果表明,该算法可对位于主瓣内的干扰进行有效抑制并对弱目标进行方位估计,同时对阵列误差具有较好的鲁棒性。

圆形阵列方向图的数值综合算法

给出了圆形阵列方向图综合的数值计算方法,对圆形阵列方向图综合以及零点形成进行了分析和研究,以参考方向图与综合后方向图之间的距离最小化为准则,通过数值分析方法,在无约束和干扰零点约束情况下,给出了相应的最优权的求解方法,仿真分析表明了该方法的有效性.