基于导向矢量估计的稳健自适应波束形成算法研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于导向矢量估计的稳健自适应波束形成算法研究硕士研究生：余德本指导教师：殷敬伟教授学科、专业：信息与通信工程论文主审人：李秀坤教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于导向矢量估计的稳健自适应波束形成算法研究硕士研究生：余德本指导教师：殷敬伟教授学位级别：工学硕士学科、专业：信息与通信工程所在单位：水声工程学院论文提交日期：2018年1月5号论文答辩日期：2018年3月10号学位授予单位：哈尔滨工程大学Clas

2、sifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonRobustAdaptiveBeamformingAlgorithmbasedonArraySteeringVectorEstimationCandidate:YuDebenSupervisor:Prof.YinJingweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:InformationandCommunicationEngineeringDateo

3、fSubmission:Jan5,2018DateofOralExamination:Mar10,2018University:HarbinEngineeringUniversity基于导向矢量估计的稳健自适应波束形成算法研究摘要阵列信号处理具有抑制干扰能力强及获得阵增益高等优点，发展到现在已经取得了众多研究成果。自适应波束形成在理想条件时都具有良好的输出性能，但是由于水下环境的复杂性，阵列存在扰动误差、幅相误差；采集数据中存在角度偏差、导向矢量失配等因素，导致一些现有算法在实际使用中性能下降。怎么解决算法性能下降的问题成为当前阵列信

4、号处理领域的一个重要的研究热点。设计稳健性好、收敛快、低复杂度的稳健自适应波束形成算法仍是阵列信号处理理论需要深入发展的方向。针对阵列信号处理遇到的问题，论文首先对CBF算法、MVDR算法、对角加载算法进行理论研究和Matlab仿真分析，比较了三种算法在不同条件下的输出性能。CBF算法不能有效的抑制干扰；MVDR在理想情况下具有良好的性能及干扰抑制能力，但其对误差比较敏感，在导向矢量存在误差时算法性能下降；而对角加载算法的固定加载量限制了其使用范围。为了提高导向矢量失配条件下算法的稳健性，研究了基于导向矢量估计的稳健Capon波束形成

5、（RCB）。RCB算法在导向矢量失配时也能准确估计出目标，稳健性较好，算法性能优于MVDR等算法，但在协方差矩阵不满秩时，RCB算法性能下降。然后提出了改进的RCB算法，改进RCB算法直接对阵列接收数据矩阵进行奇异值分解，避免了不满秩的协方差矩阵求逆，且只需要求取左奇异矩阵，减少了运算量。改进RCB算法满足低快拍的情况，在协方差矩阵不满秩时也能够有效的估计出目标方位。因为矢量阵比标量阵接收到更多信息，同等条件下的矢量阵处理效果优于标量阵，所以把CBF算法、MVDR算法和改进RCB算法推广到矢量阵的处理上。仿真分析比较了矢量算法和标量算

6、法的输出SINR大小，证明矢量算法可以得到更高的增益。然后对比分析方位谱可知，矢量算法具有更低的旁瓣级，而且矢量阵具有左右舷分辨能力。最后通过外场实验数据验证了算法的有效性。关键词：阵列信号处理；稳健Capon波束形成；导向矢量失配；奇异值分解；矢量阵基于导向矢量估计的稳健自适应波束形成算法研究ABSTRACTArraysignalprocessinghastheadvantagesofstronginterferencesuppressionabilityandhigharraygain.Muchresearchresultshav

7、ebeenobtainednow.Adaptivebeamforminghasgoodoutputperformanceintheidealsituation.However,duetothecomplexityoftheunderwaterenvironment,therearedisturbingerrors,amplitudeandphaseerrors,theexistenceofdesiredsignalsintheacquisitiondata,andthemisalignmentofsteeringvectors,whi

8、chresultsinthedeclineofsomeexistingalgorithmsinpracticaluse.Howtosolvetheproblemofdecreasingtheperformanceofth