复合阵列误差时稳健波束形成研究

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自适应波束形成技术是阵列信号处理的重要分支,在雷达、声纳、通讯、地震勘探、医学成像、射电天文等多种军事和国民经济应用领域有着广泛的应用。但是,在理论上具有良好性能的自适应波束形成技术,在实际应用中由于受到各种误差的影响,其性能显著降低。因此,本文着重研究复合阵列误差情况下的稳健波束形成算法。   论文首先回顾了传统的自适应波束形成算法,如经典的Capon波束形成算法(SCB)和采样矩阵求逆(SMI)算法,然后介绍了能够弥补传统自适应算法缺陷的稳健波束形成算法,如基于特征空间的波束形成算法和采样协方差求逆对角加载算法,并给出了几种算法的仿真结果。   根据复合误差的种类与来源不同,论文介绍了阵列多通道幅相误差、阵列信号相关矩阵的估计误差以及阵元间的互耦误差等,给出了复合阵列误差时的建模以及校正算法。   针对复合误差下的阵列天线性能受到的影响,论文比较了四种稳健的波束形成算法:线性约束最小方差(LCMV)波束形成算法,稳健Capon波束形成算法(RCB)以及两种改进的算法,即加权向量范数约束Capon算法(NCCB)和双约束稳健Capon算法(DCRCB)。NCCB方法的对角加载量是通过加权向量范数约束量确定的,提高了LCMV算法的稳健性;针对RCB算法在导向矢量的不确定集和模约束下的求解问题,给出了DCRCB波束形成算法。论文针对存在多通道幅相误差和互耦误差时的情况,对四种算法都进行了仿真分析,并比较了这些算法的性能。
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