基于靈敏度的魯棒自適應(yīng)波束形成技術(shù)研究.pdf

1、近幾十年來(lái)，自適應(yīng)波束形成技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于聲吶、雷達(dá)、地震勘探、通信等領(lǐng)域。經(jīng)典Capon波束形成在無(wú)誤差的情況下達(dá)到了最大化的信干噪比，但信號(hào)導(dǎo)向矢量估計(jì)誤差和陣列協(xié)方差矩陣的估計(jì)誤差會(huì)導(dǎo)致算法性能的惡化，這種現(xiàn)象在采樣數(shù)據(jù)中包含目標(biāo)信號(hào)分量時(shí)尤為明顯。因此，如何增強(qiáng)波束形成技術(shù)對(duì)于導(dǎo)向矢量估計(jì)誤差及協(xié)方差矩陣估計(jì)誤差時(shí)的魯棒性，成為了學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　自適應(yīng)波束形成算法研究的早期，人們通過(guò)對(duì)采樣協(xié)方差矩陣進(jìn)行對(duì)角加載的

2、方法來(lái)提升波束形成算法的魯棒性，但是存在魯棒性與干擾抑制能力的權(quán)衡問(wèn)題。近二十年內(nèi)產(chǎn)生了許多導(dǎo)向矢量不確定集約束來(lái)推導(dǎo)加載量的大小的方法，但是這些方法都可能導(dǎo)致干擾和噪聲的抑制不足。直到近幾年，學(xué)者們提出了采用波束形成的靈敏度的算法，通過(guò)減小自適應(yīng)波束形成方法對(duì)于協(xié)方差矩陣擾動(dòng)的敏感度，來(lái)提升算法的魯棒性。本文研究了上述算法的推導(dǎo)過(guò)程及仿真結(jié)果，提出了基于靈敏度的魯棒波束形成的方法。全文主要工作內(nèi)容如下：
　　(1)介紹了自適應(yīng)波

3、束形成的基礎(chǔ)理論知識(shí)，介紹了對(duì)角加載、魯棒Capon等經(jīng)典算法及其推導(dǎo)，通過(guò)仿真分析了這兩種算法的性能。同時(shí)介紹了波束形成靈敏度的定義及其在波束形成算法中的作用。
　　(2)提出了一種新的基于靈敏度的魯棒自適應(yīng)波束形成算法。算法創(chuàng)新點(diǎn)主要有：一、引入了廣義的靈敏度定義，提出在計(jì)算球形信號(hào)導(dǎo)向矢量的不確定集合中選擇使靈敏度最小的經(jīng)典Capon權(quán)矢量解，從而提升經(jīng)典Capon波束形成算法的魯棒性的方法；二、通過(guò)分析以往算法給出的白噪聲

4、靈敏度不適應(yīng)采樣協(xié)方差矩陣擾動(dòng)的色噪聲環(huán)境，以矩陣擾動(dòng)理論為推導(dǎo)依據(jù)，給出了色噪聲協(xié)方差定義的相關(guān)隨機(jī)誤差靈敏度；三、在以往算法推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，本文提出了更為直觀的圖形化的推導(dǎo)方法，將球形信號(hào)導(dǎo)向矢量不確定集轉(zhuǎn)化為錐形導(dǎo)向矢量不確定集，并通過(guò)簡(jiǎn)單的拉格朗日方法對(duì)算法進(jìn)行推導(dǎo)，得出權(quán)矢量的解，其計(jì)算復(fù)雜度與之前算法相當(dāng)。
　　(3)對(duì)本文提出的基于靈敏度的方法與之前方法進(jìn)行了仿真對(duì)比，通過(guò)仿真結(jié)果分析得出基于靈敏度的算法性能較優(yōu)的結(jié)論