部分自適應(yīng)陣列處理技術(shù)

會(huì)計(jì)學(xué)1部分自適應(yīng)陣列處理技術(shù)2比較：

方式

指標(biāo)全自適應(yīng)部分自適應(yīng)自由度全部部分運(yùn)算量大小收斂性慢快性能潛在性能高使用性好（與理論極限性能相比有損失）西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第1頁(yè)/共32頁(yè)3關(guān)鍵：如何合理設(shè)計(jì)部分自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，使得性能損失最小而運(yùn)算量顯著降低。部分自適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展情況：chapman,IEEE,TransAP-24,1979,P685~696

變換降維Morgan,PartiallyAdaptiveArrayTechniquesIEEE,Trans,AP-26,1978,P823~833多重旁瓣對(duì)消器（MSC）Gabriel,UsingSpectralEstimationTechniquesinAdaptiveProcessingAntennaSystems.IEEE,AP-34,1986,No.3,P291~300自適應(yīng)方法西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第2頁(yè)/共32頁(yè)4Adams,AdaptiveMain-BeamNullingforNarrow-BeamAntennaArrays.IEEE,AES-16,1980,P509~516

用幾個(gè)指向目標(biāo)臨近方向的波束進(jìn)行對(duì)消VanVeenB.D,PartiallyAdaptiveBeamformerDesignViaOutputPowerMinimization

IEEE,Trans,ASSP-35,1987,P1524~1532

深入系統(tǒng)研究了廣義旁瓣相消結(jié)構(gòu)（GSC處理器）

西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第3頁(yè)/共32頁(yè)5§4.2陣元空間(elementspace)部分

自適應(yīng)處理

Chapman方法：子陣級(jí)對(duì)陣列數(shù)據(jù)用降維矩陣作變換：變換前的自適應(yīng)：變換后的自適應(yīng)處理：西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第4頁(yè)/共32頁(yè)6變換后的導(dǎo)向矢量為：由最優(yōu)波束形成原理，變換域的最優(yōu)權(quán)為：在變換域用進(jìn)行最優(yōu)波束形成，實(shí)際上是對(duì)進(jìn)行波束形成，即：

其中：

西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第5頁(yè)/共32頁(yè)7一般地，,此時(shí)不可逆，在變換域處理的性能不如變換前處理的結(jié)果（有性能損失）；特殊地，當(dāng)可逆時(shí)：

此時(shí)在變換域處理的結(jié)果與變換域前一樣，但這時(shí)需要，并不能降維，所以無(wú)實(shí)際意義。關(guān)于變換矩陣的構(gòu)造（子陣劃分）問(wèn)題：

簡(jiǎn)單子陣法

選取的子陣只是位置上靠近的陣元。明顯缺點(diǎn)：各子陣的相位中心通常超過(guò)半波長(zhǎng)（甚至幾個(gè)波長(zhǎng)），產(chǎn)生子陣間柵瓣。

西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第6頁(yè)/共32頁(yè)8幾種改進(jìn)方法：使子陣間柵瓣出現(xiàn)于子陣方向圖的零點(diǎn)位置。

例：33陣元合成為16個(gè)（采用滑動(dòng)重疊技術(shù)）如圖3.1所示圖3.1123452930313233121516西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第7頁(yè)/共32頁(yè)9新陣列方向圖子陣方向圖圖3.2西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第8頁(yè)/共32頁(yè)10子陣均勻劃分法，來(lái)波方向?yàn)槲靼搽娮涌萍即髮W(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第9頁(yè)/共32頁(yè)11非均勻劃分，使各子陣內(nèi)的陣元數(shù)不等，破壞柵瓣的出現(xiàn)。如圖3.3123456123圖3.31633西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第10頁(yè)/共32頁(yè)122、Morgan的MSC方法：陣元級(jí)選取部分單元進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)控制，而其余單元用固定權(quán)（非自適應(yīng)）進(jìn)行處理。

如圖3.4所示12KN有幾個(gè)干擾復(fù)用幾個(gè)陣元進(jìn)行自適應(yīng)處理相消圖3.4西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第11頁(yè)/共32頁(yè)13選取的陣元數(shù)M=1單旁瓣相消器M>1多旁瓣相消器

MCS中的問(wèn)題：1、對(duì)幾個(gè)點(diǎn)干擾抑制問(wèn)題，選取自適應(yīng)單元幾乎可任意。2、對(duì)很多干擾或連片的地物雜波，如何選取自適應(yīng)處理單元有待于進(jìn)一步研究。

當(dāng),全自適應(yīng)西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第12頁(yè)/共32頁(yè)14來(lái)波方向，干擾方向和西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第13頁(yè)/共32頁(yè)15§4.3波束空間部分自適應(yīng)處理

波束指的是普通波束。波束空間自適應(yīng)處理：最常見(jiàn)的是對(duì)傅氏基波束進(jìn)行處理。選取部分波束進(jìn)行處理就稱為波束域部分自適應(yīng)處理。下面研究波束選取的方法西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第14頁(yè)/共32頁(yè)16

Gabriel方法：分兩步：首先估計(jì)干擾方向（粗略）。再選取指向干擾方向的若干波束。

Adams方法：在目標(biāo)鄰近方向選取若干波束。以等距線陣為例(間距為)。N元陣經(jīng)過(guò)butler波束形成得到N個(gè)波束。如圖3.5Butler矩陣123N123N圖3.5西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第15頁(yè)/共32頁(yè)17其特點(diǎn)：N個(gè)波束在旁瓣區(qū)共零點(diǎn)。西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第16頁(yè)/共32頁(yè)18已知兩個(gè)干擾及其方向選取兩個(gè)指向干擾方向的波束。一、分析Gabriel方法：

（干擾2）(目標(biāo))（干擾1）最優(yōu)準(zhǔn)則：西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第17頁(yè)/共32頁(yè)19圖3.7用“輔助天線”的主瓣對(duì)消“主天線”的旁瓣干擾西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第18頁(yè)/共32頁(yè)20西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第19頁(yè)/共32頁(yè)21二、分析Adams方法

注意各波束在旁瓣區(qū)共零點(diǎn)，可行成寬的凹口。可用較少的波束進(jìn)行自適應(yīng)處理來(lái)抑制密集型的多干擾（連片雜波）。如圖3.8密集型干擾圖3.8用“輔助天線”的旁瓣對(duì)消“主天線”的旁瓣凹口西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第20頁(yè)/共32頁(yè)22§4.4基于廣義旁瓣相消器的部分

自適應(yīng)設(shè)計(jì)

最優(yōu)波束形成：：指向目標(biāo)的導(dǎo)向矢量（固定）。：西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第21頁(yè)/共32頁(yè)23在計(jì)算最優(yōu)權(quán)時(shí)，實(shí)際上只需計(jì)算。更進(jìn)一步，在已知一組基矢量時(shí)，為計(jì)算，只涉及p個(gè)參數(shù)（p<N）。：自適應(yīng)權(quán)，依賴于數(shù)據(jù)。：固定權(quán)（匹配filter）更一般最優(yōu)波束形成：（LCMV）西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第22頁(yè)/共32頁(yè)24令

而

滿足約束方程。

上述約束方程可轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束

西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第23頁(yè)/共32頁(yè)25LCMV處理框圖：圖3.8廣義旁瓣相消器（GSC)上支路：形成目標(biāo)檢測(cè)通道(是匹配濾波權(quán))下之路：形成輔助通道，用其加權(quán)求和去預(yù)測(cè)檢測(cè)通道中的干擾信號(hào)進(jìn)而對(duì)消掉。要求：下支路中不含目標(biāo)信號(hào)，由保證。

西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第24頁(yè)/共32頁(yè)26稱為信號(hào)阻塞矩陣（BlockMatrix）

在上述結(jié)構(gòu)中，用了L個(gè)約束條件，全自適應(yīng)處理的自由度為N－L個(gè)。由上述結(jié)構(gòu)可方便設(shè)計(jì)降維處理。如圖3.9圖3.9西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第25頁(yè)/共32頁(yè)27方法一（Gabried法）：由指向干擾方向的方法二（Adams法）：由指向目標(biāo)方向鄰由上圖得：令（合并）

有兩層要求：對(duì)信號(hào)進(jìn)行阻塞是降維矩陣關(guān)于的設(shè)計(jì)問(wèn)題：

傅立葉變換基矢量波束作為權(quán)矢量構(gòu)成的。近波束權(quán)矢量構(gòu)成。方法三由R的特征分解的特征矢量構(gòu)成。

西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室第26頁(yè)/共32頁(yè)28由于陣列天線誤差的存在，廣義旁瓣相消器的阻塞矩陣并不能很好地將期望信號(hào)阻塞，而使其一部分能量泄漏到輔助支路中，當(dāng)信噪比比較高時(shí)，輔助支路也含有相當(dāng)?shù)仄谕盘?hào)能量，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重地上下支路期望信號(hào)抵消的現(xiàn)象。廣義旁瓣相消器GSC是LCMV的一種等效的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。GSC結(jié)構(gòu)將自適應(yīng)波束形成的約束化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成無(wú)約束化問(wèn)題，分為自適應(yīng)和非自適應(yīng)的兩個(gè)支路：期望信號(hào)只能從非自適應(yīng)支路通過(guò)，而自適應(yīng)支路僅含干擾和噪聲分量。改善的方法：西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室人工注入噪聲的方法，即將泄漏的期望信號(hào)功率作為懲罰函數(shù)，來(lái)提高GSC的穩(wěn)健性（人工注入的噪聲必須具有合適）的功率。第27頁(yè)/共32頁(yè)29

參考文獻(xiàn)：L.J.Griffths.Analternativeapproachtolinearlyconstrainedadaptivebeamforming.IEEETrans.onAP-30(1)1982.27-34N.K.Jablon,“Adaptivebeamformingwiththegeneralizedsidelobecancellerinthepresenceofarrayimperfections”郭慶華，廖桂生，“一種穩(wěn)健的自適應(yīng)波束形成器”《電子與信息學(xué)報(bào)》，2004年第一期。西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室波束形成器的穩(wěn)健性可用它的白噪聲增益來(lái)衡量，對(duì)白噪聲增益的限制可用對(duì)自適應(yīng)權(quán)向量進(jìn)行二次不等約束來(lái)代替，使自適應(yīng)權(quán)向量的范數(shù)小于一定的值。對(duì)阻塞矩陣進(jìn)行改進(jìn)，即把期望信號(hào)的理想導(dǎo)向矢量向信號(hào)子空間作投影，得到的導(dǎo)向矢量更加接近于實(shí)際的導(dǎo)向矢量。第28頁(yè)/共32頁(yè)30§4.5頻率波數(shù)處理

W：時(shí)間頻率，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)域采樣。k：空間頻率矢量，只能離散處理，空間采樣。W－k處理：就是W－方向處理。

僅方向?yàn)V波問(wèn)題（僅考