利用信號(hào)非圓特征的魯棒波束形成算法研究

利用信號(hào)非圓特征的魯棒波束形成算法研究非圓信號(hào)在實(shí)際通信與信息處理系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛，如AM、BPSK、ASK、UQPSK、QPSK、QAM、GMSK等調(diào)制信號(hào)。本文工作主要圍繞利用信號(hào)非圓特征的魯棒波束形成理論與方法研究展開(kāi)，主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)有：(1)針對(duì)對(duì)角加載技術(shù)的加載量確定問(wèn)題，提出一類利用信號(hào)非圓特征恢復(fù)思想構(gòu)造代價(jià)函數(shù)確定正則化參數(shù)（對(duì)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(dòng)計(jì)算最優(yōu)加載量，對(duì)指向誤差也具有更好的魯棒性。在NRDL方法基礎(chǔ)上，本文還提出了兩種改進(jìn)的NRDL類方法：波束空間投影（BeamspaceProjected，BP-）非圓特征恢復(fù)對(duì)角加載（BP-NRDL）方法和方位角搜索（AzimuthSearching，AS-）非圓特征恢復(fù)對(duì)角加載（AS-NRDL）方法。其中前者使用波束空間投影實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的預(yù)濾波后，再使用NRDL方法確定對(duì)角加載量；后者在NRDL方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)非圓率最大化準(zhǔn)則進(jìn)一步調(diào)整和修正期望信號(hào)方位角，通過(guò)降低導(dǎo)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(shì)明顯，但要求期望信號(hào)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(duì)期望信號(hào)與干擾的非圓率互異性無(wú)要求。(2)提出了一種新的利用信號(hào)非圓特征的魯棒廣義旁瓣相消器。新方法通過(guò)對(duì)約束矩陣增加導(dǎo)數(shù)約束構(gòu)造阻塞矩陣，保證阻塞矩陣對(duì)期望信號(hào)成分的完全抑制，從而提高魯棒性，稱為導(dǎo)數(shù)約束廣義旁瓣相消器（DerivativeConstrainedGeneralizedSidelobeCanceller，DC-GSC）。期望信號(hào)為完全非圓信號(hào)時(shí)，還可利用非圓特性擴(kuò)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(dǎo)數(shù)約束廣義旁瓣相消器（NoncircularDerivativeConstrainedGeneralizedSidelobeCanceller，NCDC-GSC）。DC-GSC和NCDC-GSC的最優(yōu)權(quán)矢量均為閉式求解，與現(xiàn)有對(duì)角加載類方法相比運(yùn)算量明顯降低，且性能更優(yōu)。(3)利用干擾信號(hào)空域信息的魯棒波束形成方法研究近幾年受到較多關(guān)注，本文提出了兩種聯(lián)合利用期望信號(hào)非圓特征和干擾空域信息的魯棒波束形成方法：導(dǎo)數(shù)約束非圓率最大化方法在進(jìn)行干擾空域預(yù)濾波后，利用非圓率最大化準(zhǔn)則確定最優(yōu)權(quán)矢量，稱為DC-NORM（DerivativeConstrainedNoncircularity-RateMaximization）方法；寬線性導(dǎo)數(shù)約束方法則利用期望信號(hào)非圓特性擴(kuò)展陣列虛擬孔徑后，再進(jìn)行干擾空域預(yù)濾波，稱為WLDC（WidelyLinearDerivativeConstrained）方法。兩種方法的權(quán)矢量均為閉式求解，運(yùn)算量較小，且對(duì)于干擾信號(hào)的強(qiáng)非圓特征不敏感，即在干擾信號(hào)非圓率大于期望信號(hào)，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(dòng)式干擾的應(yīng)用背景，且無(wú)需滿足訓(xùn)練數(shù)據(jù)不含期望信號(hào)成分的要求。(4)探究了信號(hào)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(fù)的對(duì)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(wú)需用戶參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)對(duì)角加載量的全自動(dòng)計(jì)算，存在較大指向誤差時(shí)，也能保持明顯的性能優(yōu)勢(shì)；與僅利用期望信號(hào)二階非圓特性的波束形成方法相比，HNRDL和AS-HNRDL