【摘要】：自適應(yīng)波束形成技術(shù)作為陣列信號處理的重要研究方向,在雷達(dá)、聲吶、衛(wèi)星導(dǎo)航、無線通信、醫(yī)學(xué)成像、語音識別等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。但是,實際工作環(huán)境中存在通道幅相不一致、陣元位置誤差等,致使自適應(yīng)波束形成器無法準(zhǔn)確約束目標(biāo)導(dǎo)向矢量,這時利用含有目標(biāo)的采樣協(xié)方差矩陣計算權(quán)矢量就會導(dǎo)致陣列輸出性能大幅度下降。本文針對上述問題進(jìn)行研究,主要工作包括(1)在介紹Capon波束形成器工作原理的基礎(chǔ)上,研究了加載類方法、子空間類方法、約束優(yōu)化類方法和稀疏重構(gòu)類方法的經(jīng)典穩(wěn)健波束形成算法。首先詳細(xì)介紹了幾種經(jīng)典穩(wěn)健波束形成算法的基本思想和實施步驟,接著分析了幾種算法適用的場景和存在的問題,最后通過典型實驗進(jìn)行性能驗證。實驗結(jié)果表明,已有穩(wěn)健波束形成算法在同時存在來波方向誤差和陣列結(jié)構(gòu)擾動時,無法準(zhǔn)確約束目標(biāo)導(dǎo)向矢量,導(dǎo)致輸出性能急劇下降。(2)針對存在陣列誤差時已有約束優(yōu)化類方法和稀疏重構(gòu)類方法輸出信干噪比大幅下降的問題,提出導(dǎo)向矢量和協(xié)方差矩陣聯(lián)合迭代估計穩(wěn)健波束形成算法。該算法采用譜重構(gòu)的方法得到目標(biāo)導(dǎo)向矢量的初始值,并通過從采樣協(xié)方差矩陣剔除目標(biāo)完成干擾加噪聲協(xié)方差矩陣的初始化;然后在建立導(dǎo)向矢量約束優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上,聯(lián)合迭代求解目標(biāo)導(dǎo)向矢量和干擾加噪聲協(xié)方差矩陣的最優(yōu)值。實驗結(jié)果表明,聯(lián)合迭代估計算法可以提高波束形成器在陣列結(jié)構(gòu)誤差下的輸出性能。(3)針對目標(biāo)導(dǎo)向矢量失配較大時,聯(lián)合迭代估計算法無法準(zhǔn)確估計干擾加噪聲協(xié)方差矩陣的問題,提出目標(biāo)穩(wěn)健阻塞的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣重構(gòu)波束形成算法和導(dǎo)向矢量和干擾加噪聲協(xié)方差矩陣交替迭代估計穩(wěn)健波束算法。前一種算法通過構(gòu)造角度展寬的目標(biāo)阻塞矩陣來預(yù)處理訓(xùn)練數(shù)據(jù),接著通過矩陣變換實現(xiàn)干擾加噪聲協(xié)方差矩陣的重構(gòu)。后一種算法采用譜重構(gòu)的方法得到目標(biāo)導(dǎo)向矢量的初始值,并通過構(gòu)造目標(biāo)阻塞矩陣完成干擾加噪聲協(xié)方差矩陣的初始化;然后在建立導(dǎo)向矢量約束優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上,交替迭代求解目標(biāo)導(dǎo)向矢量和干擾加噪聲協(xié)方差矩陣的最優(yōu)值。實驗結(jié)果表明,目標(biāo)穩(wěn)健阻塞的協(xié)方差矩陣重構(gòu)算法相比聯(lián)合迭代估計算法性能略有下降,但計算復(fù)雜度優(yōu)勢明顯;交替迭代估計波束形成算法相比聯(lián)合迭代估計算法穩(wěn)健性有所上升,但不適用于弱目標(biāo)場景。(4)基于TMS320C6678DSP硬件平臺,設(shè)計了所提穩(wěn)健波束形成算法的工程化實現(xiàn)方案,具體包括整體流程和各功能模塊。實驗結(jié)果表明硬件方案可以在抑制干擾的同時對目標(biāo)形成增益。
【圖文】：

(a) 基于 DSP 的波束方向圖 (b) 基于 MATLAB 的波束方向圖圖5.4 TRB-INCM 算法波束方向圖圖5.5 功能模塊指令周期-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80-70-60-50-40-30-20-10010來 波 方 向 /°增益/dBTRB-INCM-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80-70-60-50-40-30-20-10010來 波 方 向 /°增益/dBTRB-INCM
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.7

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本文編號：2638631