一种改进的自适应波束形成技术的研究

《一种改进的自适应波束形成技术的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、一种改进的自适应波束形成技术的研宄郑超高恒丁若梁(丙安电子工程研究所陕丙丙安710100)中图分类号：V243文献标识码：A摘要：在阵列信号处理过程中，有限次快拍采样会使得到的自适应波朿出现畸变的问题，此时，采用幅度加权来抑制副瓣的效果也不太理想。木文将分析一种基于协方差矩阵非线性变换的自适应波束形成技术，对接收数据协方差矩阵进行非线性变换，然后釆用Capon法形成自适应波朿。通过仿真，表明该方法具有良好的波束保形能力，信干噪比损失较小，波束经幅度加权后，副瓣高度可降低约lOdBo关键词：协方差矩阵非线性自

2、适应波朿畸变幅度加权引言当阵列天线自适应工作时，相对于干扰环境，权值将相应改变，这种权值改变，它虽然在干扰方向形成波朿凹U,但可能会引起整个波朿畸变，即副瓣升高。导致自适应波束［1］畸变的主要原因有：(1)有限次快拍；(2)系统误差;(3)色噪声背景。当釆样数较少时，对阵列的噪声估计不足，使得协方差矩阵估计值存在误差。从特征分解的角度出发，波束畸变的主要原因是小特征值扩散，自适应方向图计算时考虑了小特征值及其特征波束，因此，加速波束收敛的有效途径是减弱噪声波朿的影响。解决这一问题常用的方法为对角线加载技术［

3、2］［3］。木文将分析一种利用协方差矩阵非线性函数的自适应波束形成方法［5］,以改善特征值发散程度，减弱噪声对特征波束的影响。一、基于协方差矩阵非线性变换的自适应波朿形成技术以平面空间的等距线阵为例，设阵元数为M,阵元间距为d,共有P个信源，其中M>Po设波达方向为θl,…，θP，并以阵列的第一个阵元作为基准，各信号源在基准点的复包络分別为sl(t),…,sP(t),各阵元上第k次快拍的采样写成向量形式x(k)=As(k)+n(k)。抑制干扰的自适应波束形成就是对各阵元的接收信

4、号进行加权求和，为使与特定空域信号a(θO＞相匹配的信号的输出信号干扰噪声比最人，其自适疲权值为：Wopt=μR-la(θ0),式中μ为任一常数，R为阵列接收信号的相关矩阵，即R=ARSAH+σ2l,其中Rs=E{s(k)s(k)H}为干扰协方差矩阵，由于各阵元的噪声不相关，II强度相等，故噪声协方差矩阵为E{n(k)nH(k)}=σ2l。为了获得低副瓣电平的静态方向图，会对a(θO)做加权处理，此吋静态波束导向矢量可以表示成其中A为M

5、×M阶加权对角矩阵。实际计算中R用其K次采样信号得到的估计值代替，此吋自适应权值［4］为：。由以上可知，基于协方差矩阵非线性函数的自适应处理减少了噪卢波束中各正交项的加权，减弱了噪声波束的影响。因此，可加速波束收敛，具有较好的波束保形能力。当k>l时，使小特征值扩散程度增加，波束畸变更严重。因此，k一般为0≤k≤l。二、仿真结果一个由M=16个阵元组成的半波长等距线阵，两个互不相关的干扰信号分别由-40°和30°入射到阵列，干扰噪声比均为40dB。白噪声、冇限次

6、快拍无误差情况下，快拍数取32次，为了得到超低副瓣，我们可以进行幅度加权，这里采用-30dB的切比雪夫加权。图la常规自适应方向图图lbk=0.3自适疲方向实线为加权得到的结果，点划线是未加权的结果。从仿真结果可以看出，图la的常规自适应波束图中，在有限次快拍下，即使进行幅度加权处理，也不能达到降低副瓣的效果；而基于协方差矩阵非线性变换的自适应波束形成方法下，图lb所示，副瓣高度降低约10dB,幅度加权是冇效的方法。图2为输出信号干扰噪声比随k的变化的曲线，除了k值在变化外，其它条件同仿真1中常规自适应波束

7、。图2输出信号干扰噪声比随k的变化的曲线从图中可以看出，当0.3≤k≤1.0吋，本文的方法输出信号干扰噪声比与常规自适应方法相差小于3dB,总的来说该方法噪声输出信号干扰噪声比损失较小。三、结论对接收数据协方差矩阵进行阶数小于1大于0的非线性变换，改善了特征值的发散程度，减弱了噪声特征波束的影响，因此该方法具奋良好的波束波形能力，同吋能够通过幅度加权很好地降低副瓣，信号干扰噪声比损失也较小。参考文献：[1】龚耀寰.自适应滤波（第二版）[M].北京：电子工业出版社.2003.[2]BlairD.C

8、arlson.CovarianceMatrixEstimationErrorsandDiagonalLoadinginAdaptiveArrays[J].IEEETransonAES'vol24.No.4July1988:397-401.[3】梁会发.对角加载在自适应波束形成中的砬用.南京理工大学硕士学位论文[D].2OO4.[4】张贤达、保铮.通信信号处理[M].北京：国防工、Ik出版社.2000.[5】张林让