自適應波束形成算法的分析與研究.pdf

1、空域波束形成算法的性能在很大程度上受空間方向分辨率的影響和制約，為了解決這一問題，一方面應該采用空間方向特性更好的天線陣列，另一方面應該對空域波束形成算法進行改進，只有對天線陣列結構和波束形成算法同時深入研究，才能挖掘各自的潛力，提高陣列信號處理系統(tǒng)的整體性能。本文首先對天線陣列空間方向分辨率(主要針對二維均勻天線陣列)進行了深入的理論分析和仿真實驗研究；然后對幾種經典的空域波束形成算法進行了詳細的研究和比較，分析了空間方向分辨率對這些

2、算法性能的影響；針對空域波束形成算法性能受空間方向分辨率影響的問題，提出了兩種改進的波束形成算法，一種是空時自適應處理算法STGEIB，另一種是極化域—空域自適應處理算法SPGEIB，理論分析和仿真實驗都表明，新的波束形成算法能夠解決空域波束形成算法性能受空間方向分辨率影響的問題，并且對空域波束形成算法性能有很大程度的提高。 本文的研究工作主要包括以下幾個方面：①討論了三種常用的二維均勻天線陣列(方陣、圓陣、L陣)的空間方向特性

3、。推導出了三種二維均勻天線陣列空間方向分辨率的工程近似計算公式并對它們進行了比較；在此基礎上，利用互阻抗法并通過計算機仿真詳細地討論了陣元間的互耦對陣列的空間方向分辨率的影響，并且解釋了分析的結果；另外，對由工程近似計算公式得到的陣列的空間方向分辨率和計算機仿真得到的陣列的實際空間方向分辨率進行了比較，指出了工程近似公式的局限性。 ②對幾種經典的空域波束形成算法并進行了研究比較。分別介紹了以下三種經典的波束形成算法：與接收信號無

4、關的數(shù)值波束形成算法、線性約束最小方差波束形成算法LCMVB、基于特征空間的廣義波束形成算法GEIB，分別詳細的闡明了這三種算法的原理，并且將這些算法推廣應用于二維陣列，還利用大量仿真對算法性能進行了驗證，最后對這些算法進行了綜合比較，指出了它們的優(yōu)缺點和應用范圍。 ③提出了一種高性能的空時聯(lián)合的自適應波束形成算法STGEIB。首先詳述了STGEIB算法的原理并討論了STGEIB算法線性約束的設計方法；通過公式推導，闡明了STG

5、EIB算法進行空時自適應濾波的原理；然后，通過大量的仿真實驗研究了STGEIB算法的性能，主要研究了STGEIB空時自適應濾波性能，并且將STGEIB算法與STLCMVB、GEIB和空—時濾波方法進行了仿真比較；另外，還討論了STGEIB算法的運算量和對任意天線陣的適用性。 ④研究了極化域—空域自適應處理技術中濾波和譜估計問題，提出了一種高性能的極化域—空域濾波算法SPGEIB。首先，針對極化域—空域聯(lián)合波束形成算法中期望信號方