基于協(xié)方差矩陣和導(dǎo)向矢量不確定性的魯棒波束形成技術(shù).pdf

1、自適應(yīng)波束形成技術(shù)是陣列信號處理中一個(gè)重要的研究方向,其在通信、雷達(dá)、聲吶、語音處理、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域,都有著廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的波束形成方法旨在保持期望信號一定的前提下抑制干擾。然而,在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中,由于環(huán)境、信號源以及天線陣元的真實(shí)情況與預(yù)設(shè)情況存在偏差,傳統(tǒng)波束形成方法的性能會因這些偏差而急劇下降。因此,研究如何提高魯棒性能對自適應(yīng)波束形成方法而言意義重大。
　　近幾十年,研究人員提出了許多具有魯棒性的自適應(yīng)波束形成方法,對角

2、加載是其中一種重要的方法。該方法在采樣數(shù)少于陣列傳感器數(shù)目導(dǎo)致樣本協(xié)方差矩陣不可逆時(shí)仍能獲得較好的性能。本論文在對角加載范疇內(nèi),提出了一種新的魯棒波束形成方法,主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)介紹了波束形成的相關(guān)基礎(chǔ)知識,介紹了幾種常見的波束形成方法,給出了其主要推導(dǎo)過程,并結(jié)合推導(dǎo)過程對其特點(diǎn)和缺陷進(jìn)行了分析說明。
　　(2)詳細(xì)介紹了幾種重要的對角加載范疇內(nèi)的魯棒自適應(yīng)波束形成方法,介紹了其研究狀況,推導(dǎo)過程,計(jì)算復(fù)雜度,

3、并對其性能優(yōu)劣點(diǎn)進(jìn)行了比較分析。
　　(3)提出了一種新的可變對角加載魯棒自適應(yīng)波束形成方法。通過研究分析如最差性能優(yōu)化和RCB等考慮導(dǎo)向矢量不確定性集的魯棒方法,發(fā)現(xiàn)這些對角加載范疇內(nèi)的方法都只單獨(dú)考慮了導(dǎo)向矢量的不確定性。因此,本文所提方法的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于,假設(shè)協(xié)方差矩陣和導(dǎo)向矢量都存在誤差,并對這兩種誤差分別施加約束條件,進(jìn)而最大化SINR。根據(jù)約束條件進(jìn)行推導(dǎo),本文得到一個(gè)最小最大優(yōu)化問題,根據(jù)最優(yōu)化的相關(guān)結(jié)論,本文對模型

4、進(jìn)行放縮,從而得到一個(gè)最大最小優(yōu)化問題。最終,通過KKT優(yōu)化條件求解出這個(gè)最大最小優(yōu)化問題。此外,由于對角加載方法其作用的實(shí)質(zhì)是通過人工投影白噪聲以降低輸入信噪比,導(dǎo)致大的加載量雖可以增強(qiáng)魯棒性能卻使系統(tǒng)對干擾和噪聲的抑制能力下降。因此,本論文的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于,所提方法算出的可變對角加載量考慮了特征值的大小,即大特征值對應(yīng)相對小的加載量,而小特征值對應(yīng)相對大的加載量。
　　(4)給出了本文所提方法與前述幾種對角加載方法的仿真結(jié)果