數(shù)字波束形成算法研究與PC集群并行實(shí)現(xiàn).pdf

1、自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)作為陣列信號(hào)處理的一個(gè)重要分支，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、無(wú)線通信、醫(yī)學(xué)影像、地質(zhì)勘探和射電天文的等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的數(shù)字波束形成在理論上具有良好的干擾抑制能力，然而在實(shí)際應(yīng)用中，各種誤差的存在使得其性能嚴(yán)重下降，因此對(duì)穩(wěn)健波束形成算法的研究很有必要。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)作為MIMO雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，其中涵蓋的波束形成問(wèn)題值得深入探討和研究。自適應(yīng)數(shù)字波束形成隨著數(shù)據(jù)處理量變大，如何快速有效的組織算法進(jìn)行計(jì)算成為波束

2、形成的一個(gè)重要難題。PC集群技術(shù)以其低廉的成本，容易構(gòu)建，方便移植等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在氣象監(jiān)測(cè)和海洋模擬等領(lǐng)域，而在波束形成處理領(lǐng)域的應(yīng)用很少，可望利用PC集群來(lái)解決大型陣波束形成權(quán)值計(jì)算問(wèn)題。
　　本文首先論述了窄帶假設(shè)前提下陣列信號(hào)的基本模型，回顧了經(jīng)典的波束形成算法，在線性約束最小方差(LCMV)算法的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了一種迭代的LCMV算法，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了其快速性和有效性。通過(guò)分析指向誤差對(duì)經(jīng)典波束形成算法的影響，指出對(duì)穩(wěn)健波束

3、形成算法研究的必要性。
　　然后針對(duì)傳統(tǒng)穩(wěn)健波束形成算法的不足，深入研究了基于凸優(yōu)化理論的穩(wěn)健波束形成算法，即穩(wěn)健Capon算法(RCB)、迭代穩(wěn)健Capon算法(IRCB)、最差情況性能最優(yōu)算法(WCPO)、基于誤差矢量正交分解的序貫二次規(guī)劃波束形成算法(SQP)；這些算法在期望信號(hào)存在指向誤差時(shí)能夠表現(xiàn)出良好穩(wěn)健性，不僅能使方向圖接近理想的方向圖，還能提高輸出信干噪比。針對(duì)RCB和WCPO算法需要估計(jì)不確定度，引出了IRCB和

4、SQP算法。IRCB通過(guò)迭代使波束逐漸指向真實(shí)的來(lái)波方向。SQP算法通過(guò)正交分解失配誤差，使用誤差的正交分量來(lái)修正導(dǎo)向矢量，通過(guò)仿真詳細(xì)闡述了幾種算法的性能，并進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　接著研究了基于稀布陣列的MIMO波束形成算法。首先研究了基于粒子群算法的稀布陣列優(yōu)化技術(shù)，并提出了基于自適應(yīng)粒子群算法的優(yōu)化方法。然后研究了MIMO波束形成，給出了兩種MIMO波束形成算法，最后將稀布陣技術(shù)應(yīng)用于MIMO陣列，擴(kuò)展了MIMO陣列的孔徑，