利用信號非圓特征的魯棒波束形成算法研究

利用信號非圓特征的魯棒波束形成算法研究非圓信號在實際通信與信息處理系統(tǒng)中的應用十分廣泛，如AM、BPSK、ASK、UQPSK、QPSK、QAM、GMSK等調制信號。本文工作主要圍繞利用信號非圓特征的魯棒波束形成理論與方法研究展開，主要研究成果與創(chuàng)新點有：(1)針對對角加載技術的加載量確定問題，提出一類利用信號非圓特征恢復思想構造代價函數(shù)確定正則化參數(shù)（對角加載量）的魯棒波束形成方法，稱為NRDL（NoncircularityRestoralforDiagonalLoading）方法。與現(xiàn)有方法相比，新方法可自動計算最優(yōu)加載量，對指向誤差也具有更好的魯棒性。在NRDL方法基礎上，本文還提出了兩種改進的NRDL類方法：波束空間投影（BeamspaceProjected，BP-）非圓特征恢復對角加載（BP-NRDL）方法和方位角搜索（AzimuthSearching，AS-）非圓特征恢復對角加載（AS-NRDL）方法。其中前者使用波束空間投影實現(xiàn)對干擾的預濾波后，再使用NRDL方法確定對角加載量；后者在NRDL方法的基礎上，通過非圓率最大化準則進一步調整和修正期望信號方位角，通過降低導向矢量指向誤差提升波束形成器魯棒性。BP-NRDL方法性能優(yōu)勢明顯，但要求期望信號非圓率與干擾互異；AS-NRDL方法性能優(yōu)于一般的NRDL方法，且對期望信號與干擾的非圓率互異性無要求。(2)提出了一種新的利用信號非圓特征的魯棒廣義旁瓣相消器。新方法通過對約束矩陣增加導數(shù)約束構造阻塞矩陣，保證阻塞矩陣對期望信號成分的完全抑制，從而提高魯棒性，稱為導數(shù)約束廣義旁瓣相消器（DerivativeConstrainedGeneralizedSidelobeCanceller，DC-GSC）。期望信號為完全非圓信號時，還可利用非圓特性擴展陣列虛擬孔徑，有效提升波束形成器的魯棒性，稱為非圓導數(shù)約束廣義旁瓣相消器（NoncircularDerivativeConstrainedGeneralizedSidelobeCanceller，NCDC-GSC）。DC-GSC和NCDC-GSC的最優(yōu)權矢量均為閉式求解，與現(xiàn)有對角加載類方法相比運算量明顯降低，且性能更優(yōu)。(3)利用干擾信號空域信息的魯棒波束形成方法研究近幾年受到較多關注，本文提出了兩種聯(lián)合利用期望信號非圓特征和干擾空域信息的魯棒波束形成方法：導數(shù)約束非圓率最大化方法在進行干擾空域預濾波后，利用非圓率最大化準則確定最優(yōu)權矢量，稱為DC-NORM（DerivativeConstrainedNoncircularity-RateMaximization）方法；寬線性導數(shù)約束方法則利用期望信號非圓特性擴展陣列虛擬孔徑后，再進行干擾空域預濾波，稱為WLDC（WidelyLinearDerivativeConstrained）方法。兩種方法的權矢量均為閉式求解，運算量較小，且對于干擾信號的強非圓特征不敏感，即在干擾信號非圓率大于期望信號，或非圓率存在一定誤差的情況下，兩種新方法均能保持良好的魯棒性。另外DC-NORM和WLDC方法均可推廣至移動式干擾的應用背景，且無需滿足訓練數(shù)據不含期望信號成分的要求。(4)探究了信號高階非圓特性在魯棒波束形成方法中的利用潛力，提出了兩種基于高階非圓特征恢復的對角加載魯棒波束形成方法：HNRDL（High-orderNoncircularityRestoralDiagonalLoading）和AS-HNRDL（AzimuthSearchingHigh-orderNoncircularityRestoralDiagonalLoading）方法。與WCPO和RCB等其他主流方法相比，HNRDL方法無需用戶參數(shù)即可實現(xiàn)最優(yōu)對角加載量的全自動計算，存在較大指向誤差時，也能保持明顯的性能優(yōu)勢；與僅利用期望信號二階非圓特性的波束形成方法相比，HNRDL和AS-HNRDL