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稳健的阵列信号处理技术及其应用

作　者: 赵永波
导　师: 张守宏
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 阵列信号处理自适应波束形成稳健性快速算法特征空间相干信号干扰对消正交投影综合脉冲与孔径雷达 DOA估计色噪声
分类号: TN911.6
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要

自适应阵列信号处理在理想情况下可以达到很好的性能。但是，在实际系统中总存在有误差，这时自适应阵列信号处理的性能会急剧下降。另外，自适应阵列信号处理往往需要很大的运算量。这些都严重限制了它在实际中的应用。因此，对自适应阵列信号处理稳健算法和快速算法的研究显得越来越迫切和重要。本论文主要对自适应阵列信号处理稳健算法和快速算法进行了研究。全文的主要工作概括如下：针对基于特征空间自适应波束形成（EBAB）算法的缺点，我们分别提出了改进的基于特征空间自适应波束形成（MEBAB）算法和快速的基于特征空间自适应波束形成（FEBAB）算法。MEBAB算法首先对波束形成的约束导向矢量进行校正，然后利用校正后的约束导向矢量来完成波束形成，所以MEBAB算法对指向误差的稳健性比EBAB算法更强。FEBAB算法直接利用阵列协方差矩阵的部分元素来得到信号干扰子空间，因此其运算量要比EBAB算法小得多。我们对广义基于特征空间波束形成（GEIB）算法进行了研究，并提出了基于特征空间的线性约束最小方差波束形成（ELCMVB）算法。为了保留线性约束，GEIB算法需要计算修改的信号干扰子空间，这样就可能造成计算的不稳定性，并且GEIB算法的性能还受线性约束位置的影响。而ELCMVB算法可以克服这些问题，具有优于GEIB算法的性能。计算机仿真结果证实了ELCMVB算法的优越性。由于在实际环境中经常存在有相干信号，我们提出了一种存在相干信号时新的最优波束形成方法。该方法首先得到期望信号和相干信号的合成导向矢量，再把该导向矢量向不相关信号子空间的正交补空间中的投影作为自适应权矢量。理论分析表明，该方法基本上和理论的最优方法相同，并且可以适用于任意的阵列结构。同时该方法还对期望信号和相干信号方向的估计误差不敏感。在特征分析干扰对消方法的基础上，我们提出了两种有效的干扰对消方法。第一种方法直接利用差分协方差矩阵的元素来得到修改的干扰子空U 拘羹间，再用这个子空间来求得自适应权矢量。与特征分析干扰对消方法相比，第一种方法具有较小的运算量，并且对阵列幅相误差具有很强的稳健性。在第一种方法的基础上，第二种方法先对约束导向矢量进行校正，然后再完成干扰对梢。第二种方法不仅对阵列幅相误差具有稳健性，对指向误差也有很强的稳健性。为了减小正交投影自适应波束形成算法的运算量，我们提出了一种快速正交投影算法。该算法不用特征分解．而是直接用差分协方差矩阵的元素来得到修改的干扰子空间，因此该算法易于工程实现。另外还对综合脉冲与孔径霓达侣IAR）的实验系统作了介绍，并讨论了快速正交投影算法在该系统中的应用。正交化自适应波柬形成算法因具有较小的运算量而闻名，但是该算法与最优波束形成算法来比有性能损失。所以我们提出了一种改进的正交化算法，该算法能够利用所有的快拍矢量。在运算量增加不多的情况下，改进的正交化算法性能具有很大的改善。因此改进的正交化算法是一种比较实用的算法。另外我们还讨论了该算法在SIAR实验系统中的应用。最后，我们对色噪声环境中的波达方向估计问题进行了研究，并提出了广义波达方向估计方法和快速波达方向估计方法。广义波达方向估计方法既能在空间平稳的色噪声中工作，又能在空间非平稳的色噪声中工作。快速波达方向估计方法在具有运算量小的同时，还能够在色噪声的环境下工作。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-11
第一章绪论  11-18
  1．1 研究背景及意义  11-12
  1．2 研究历史与现状  12-15
  1．3 本文的主要工作  15-18
第二章基于特征空间自适应波束形成的改进算法  18-33
  2．1 引言  18-19
  2．2 基于特征空间自适应波束形成算法  19-22
  2．3 改进的基于特征空间自适应波束形成算法  22-23
  2．4 快速的基于特征空间自适应波束形成算法  23-28
  2．5 计算机仿真实验  28-32
  2．6 本章小结  32-33
第三章基于特征空间的线性约束最小方差波束形成算法  33-46
  3．1 引言  33
  3．2 广义基于特征空间波束形成算法及性能分析  33-37
  3．3 基于特征空间的线性约束最小方差波束形成算法  37-39
  3．4 计算机仿真  39-43
  3．5 本章小结  43-46
    附录3A  43-45
    附录3B  45-46
第四章存在相干信号时的最优波束形成  46-56
  4．1 引言  46-47
  4．2 信号模型和最优波束形成准则  47-49
  4．3 新的最优波束形成方法  49-51
  4．4 仿真结果  51-55
  4．5 本章小结  55-56
第五章有效的干扰对消技术  56-67
  5．1 引言  56
  5．2 特征分析干扰对消方法  56-58
  5．3 有效的干扰对消方法（一）  58-60
  5．4 有效的干扰对消方法（二）  60-62
  5．5 计算机仿真  62-66
  5．6 本章小结  66-67
第六章综合脉冲与孔径雷达的自适应波束形成  67-84
  6．1 引言  67-68
  6．2 正交投影算法  68-71
  6．3 快速正交投影算法  71-74
  6．4 快速正交投影算法在SIAR中的应用  74-82
    6．4．1 SIAR的原理  74-76
    6．4．2 SIAR自适应波束形成的计算机仿真  76-79
    6．4．3 SIAR的实验系统  79-82
  6．5 本章小结  82-84
    附录6A  83-84
第七章改进的正交化算法及其应用  84-91
  7．1 引言  84-85
  7．2 正交化算法  85-86
  7．3 改进的正交化算法  86-88
  7．4 计算机仿真  88-90
  7．5 本章小结  90-91
第八章色噪声环境中波达方向的估计方法研究  91-98
  8．1 引言  91-92
  8．2 广义波达方向估计方法  92-94
  8．3 快速波达方向估计方法  94-95
  8．4 计算机仿真实验  95-97
  8．5 本章小结  97-98
第九章结束语  98-101
  9．1 本文内容总结  98-99
  9．2 工作展望  99-101
致谢  101-102
参考文献  102-112
博士学习期间（合作）撰写与发表的学术论文  112-113
博士学习期间参与的科研项目  113

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