基于不确定集的稳健Capon波束形成算法性能分析

该文针对常规Capon波束形成易受期望信号导向矢量失配影响,研究了基于导向矢量误差不确定集的稳健Capon自适应波束形成算法。推导出期望信号导向矢量属于球形不确定集时的自适应权矢量近似闭式解,并由此进行性能评估,得到目标功率估计和输出信号干扰噪声比的近似表达式,从而明确了各种因素对性能的影响关系。计算机仿真结果证明了该文分析的合理性。

基于矩阵平滑改进的稳健Capon波束形成的功率估计

回顾了对角加载波束形成的研究历程,提出了一种改进稳健Capon波束形成(RCB)算法。该方法在计算过程中,加入了矩阵平滑及将加权向量向信干子空间投影的步骤,提高了对相干信号的分辨能力以及低信噪比条件下信号功率的估计能力。仿真结果表明该方法能够分辨相干信号,功率估计较为准确,并且在输入信噪比为-10dB的时候,降低旁瓣15dB～20dB;当信源估计个数大于实际个数的时候依然有效。

基于频控阵的稳健Capon波束形成

为了克服相控阵波束仅具有角度分辨力的缺陷,频控阵通过在阵元间加入相对于载频十分微小的频率增量,实现了波束的距离-角度二维相关。引入3种接收信号处理机制,并对其进行理论推导分析,仿真说明了其中2种机制的实用性。针对指向误差存在情况下,估计的目标导向矢量与真实的目标导向矢量失配的问题,采用稳健Capon波束形成(RCB)算法,给出纠正偏差后的导向矢量闭式解,并在2种信号处理机制下,对其方向图进行了仿真。结果表明,利用RCB算法能在目标位置形成高增益,干扰位置形成零陷,验证了算法在频控阵中应用的有效性。

MIMO雷达迭代鲁棒Capon波束形成算法

针对现有的MIMO雷达波束形成算法在联合导向矢量失配较大时,输出信噪比性能严重下降的问题,提出了一种用于MIMO雷达的迭代鲁棒Capon波束形成算法。首先,结合MIMO雷达收发两端的结构特点,对失配误差模型进行了理论分析,从而指出大不确定集算法的局限性。然后提出利用小不确定集可以解决误差失配较大的情形,依据迭代思想对导向矢量期望值估计进行求解,由满足的迭代条件确保联合导向矢量更准确。仿真结果表明,该算法对联合导向矢量失配误差具有鲁棒性,输出信噪比性能最优。

基于稳健波束形成的超宽带穿墙成像方法

针对现有超宽带穿墙雷达时域波束成像分辨率低、旁瓣高以及干扰抑制能力弱等问题,提出利用稳健Capon波束形成对目标成像的方法。该方法基于目标回波模型首先补偿近场扩散损耗、墙体传播损耗和折射效应,实现天线阵列接收数据的配准,利用稳健Capon波束成像得到良好的成像分辨率和更好的干扰抑制能力。利用时域有限差分(finite-difference time domain,FDTD)数值仿真和实验数据实现了隐藏目标的二维成像,验证了该方法的有效性。

双重优化的宽带聚焦波束形成算法研究

在相干信号子空间法中确定聚焦矩阵时,对初始方向估计的偏差和聚焦频率选择的偏差都会影响最终的聚焦效果,甚至会使算法失效。针对这个缺陷,提出了一种双重优化的宽带聚焦波束形成算法。该算法利用稳健Capon波束形成算法对聚焦矩阵进行修正,使宽带信号通过修正的聚焦矩阵全部聚焦在最佳聚焦频率上,再对窄带数据利用2阶锥方法实现波束形成。计算机仿真以及湖试实验结果表明,该算法在保证波束恒定的前提下,在各个频率点都具有更低的旁瓣级。