基于局部搜索的鲁棒自适应波束形成算法研究

摘要

近年来，阵列信号处理作为信号和通信领域的一个重要分支，在国民经济及军事各个领域获得了广泛应用和迅速发展。而自适应波束形成算法作为自适应阵列天线技术的核心受到了学者的广泛关注。在实际的应用环境中往往存在许多误差和非理想因素，如波达方向估计误差、非均匀传输介质、信号波前失真、传感器阵列的校准误差和有限的采样数目带来的估计误差等等。这些因素导致的导向矢量失配会使自适应波束形成算法的性能严重下降，因此研究实际通信系统环境下的鲁棒自适应波束形成算法具有非常重要的意义。本文对常见的自适应波束形成算法进行了系统的研究，并在此研究基础上，提出了一种基于局部搜索的鲁棒自适应波束形成算法，该种算法在导向矢量误差较大时可以显著地提高波束形成器的性能。其中主要内容包含以下几点：
　　1．介绍了阵列天线统计模型和波束形成的基本理论知识，对波束形成的原理及阵列方向图函数做了详细描述。概述了自适应波束形成算法的三种最常见的性能度量准则，并引出了经典自适应波束形成算法。
　　2．对已有的鲁棒自适应波束形成算法进行了研究。首先由采样协方差矩阵求逆算法引出了对角加载采样协方差矩阵求逆算法，该算法具有较好的鲁棒性。接着对两种最常见的鲁棒波束形成算法—鲁棒Capon波束形成算法和最差性能最优算法做了详细的分析和理论推导。接下来在鲁棒Capon波束形成算法的基础上，引入迭代思想，以小的不确定集的不断迭代来逼近实际信号导向矢量，对迭代鲁棒最小方差波束形成算法进行了分析。
　　3．在前面一系列研究的基础上，针对在多种失真环境中出现的导向矢量失配误差较大的情况，本文提出一种基于局部搜索的鲁棒自适应波束形成算法。该算法首先通过一种优化方法对波达角度进行估计，再以估计出的导向矢量为参照使用最差性能最优算法，最终达到提高系统输出信干噪比的目的。最后，对该算法进行仿真验证，仿真结果表明，本算法明显提高了波束形成器的性能，且优于其它算法。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2自适应波束形成技术的发展及研究现状

1.3本文主要工作及内容安排

第二章 自适应波束形成理论基础

2.1阵列天线的数学模型

2.2波束形成的基本概念

2.3自适应波束形成算法的性能度量

2.4经典自适应波束形成算法

2.5本章小结

第三章 基于局部搜索的鲁棒自适应波束形成算法

3.1鲁棒自适应波束形成算法

3.2基于局部搜索的鲁棒自适应波束形成算法

3.3本章小结

第四章 基于局部搜索的鲁棒自适应波束形成算法性能分析

4.1算法在DOA估计误差较大时的性能分析

4.2算法在相干散射情况下的性能分析

4.3算法在近场情况下的性能分析

4.4算法在波前失真情况下的性能分析

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1研究结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

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