小快拍低信噪比下稳健自适应波束形成算法研究

摘要

数字波束形成是阵列信号处理领域中的一项关键技术。传统的常规波束形成算法在小快拍低信噪比的情况下波束会发生畸变，主瓣不能准确指向期望信号，致使输出信干噪比降低，所以这些算法需要更大的采样快拍数才能得到较好的空间滤波效果。然而大快拍势必会造成运算复杂度增高、硬件复杂度增大、通信实时性差等问题。本文针对传统波束形成算法存在的这些问题，提出了基于小快拍低信噪比的稳健波束形成算法，本文主要工作包括：
　　 第一，简单介绍了数字波束形成技术的原理，对几种经典的波束形成算法进行仿真，并分析了这些算法在小快拍低信噪比下存在的问题。
　　 第二，介绍了李荐教授提出的稳健Capon波束形成算法，并对其推导过程进行了简要的分析，之后说明了该算法本质上是对角加载方法的一种扩展，但是其相应的加载量可以自适应的改变。最后通过对该算法的MATLAB仿真，并与固定加载量的对角加载方法作比较，证明了该算法在小快拍低信噪比下的波束形成效果不好。
　　 第三，针对稳健Capon波束形成算法在小快拍低信噪比下性能衰退的情况，本文提出了波束保形与抗干扰相结合的算法，给出了算法的推导过程，并分析了算法的运算复杂度。该算法可以根据少量快拍估计出协方差矩阵，然后通过求解一个最优化方程求得最优权矢量。它不仅能在小快拍低信噪比下提高算法稳健性、降低计算复杂度，而且可避免迭代算法带来的时耗开销，增强实时性。最后对该算法进行了实验仿真，证明了该算法的有效性和稳健性。