基于非圓信號(hào)的自適應(yīng)波束形成算法研究.pdf

1、自適應(yīng)波束形成器是陣列信號(hào)處理的一個(gè)重要分支，它利用多個(gè)傳感器組成的傳感器陣列來接收和處理空間采樣信號(hào)，進(jìn)而提取所需要的期望信號(hào)，同時(shí)抑制接收信號(hào)中不需要的干擾和噪聲成分。自適應(yīng)波束形成技術(shù)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展已日趨成熟，在通信、雷達(dá)、生物醫(yī)療以及天文等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的自適應(yīng)波束形成算法一般假定來波信號(hào)為圓信號(hào)，但是當(dāng)來波信號(hào)為非圓信號(hào)時(shí)，傳統(tǒng)的自適應(yīng)波束形成算法將不能給出最優(yōu)權(quán)矢量。近20年來，非圓信號(hào)的特性在信號(hào)處理領(lǐng)

2、域被廣泛的研究利用，為了更好的提取接收信號(hào)中包含的期望信號(hào)信息，廣義線性自適應(yīng)波束形成器在近幾年被提出，它能夠最小化期望信號(hào)的最小均方誤差，所以成為研究的熱點(diǎn)問題。
　　在傳統(tǒng)的自適應(yīng)波束形成算法中，默認(rèn)信號(hào)為圓信號(hào)，協(xié)方差矩陣可以完全描述信號(hào)的二階特性，但是，在通信系統(tǒng)中我們經(jīng)常使用非圓信號(hào)，比如，二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)、脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，高斯最小移頻鍵控信號(hào)和偏移四相相移鍵控信號(hào)等，信號(hào)的偽協(xié)方差矩陣不為零，傳統(tǒng)波束形成器求得的權(quán)

3、矢量是次優(yōu)的，而基于非圓信號(hào)的廣義線性波束形成器提取了包含在接收信號(hào)以及其共軛形式中的期望信號(hào)信息，可以求得最優(yōu)的權(quán)矢量。但是當(dāng)快拍數(shù)有限時(shí)，經(jīng)過擴(kuò)張?zhí)幚砗?，與傳統(tǒng)的自適應(yīng)波束形成算法相比，其自由度變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑤淼牧觿?shì)是擴(kuò)張的采樣協(xié)方差矩陣特征值擴(kuò)散加劇，使波束形成器性能降低，另外，也使得計(jì)算復(fù)雜度增大。為了減輕擴(kuò)張后的采樣協(xié)方差矩陣的特征值擴(kuò)散加劇對(duì)波束形成器性能的影響，本文提出了基于特征空間的廣義線性自適應(yīng)波束形成算法，當(dāng)快拍

4、數(shù)有限時(shí)，最優(yōu)權(quán)矢量不僅受到信號(hào)子空間的影響，也受到噪聲子空間的影響，該算法通過投影的方式將權(quán)矢量投影到信號(hào)子空間，避免了噪聲子空間對(duì)權(quán)矢量的干擾，所以提高了波束形成器的穩(wěn)健性。
　　在連續(xù)自適應(yīng)波束形成算法研究領(lǐng)域，基于最小均方誤差(Least Mean Squares,LMS)的自適應(yīng)波束形成算法雖然具有計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)勢(shì)，但是其收斂速度較慢。針對(duì)該問題，本文提出了一種變步長的收縮線性最小均方誤差(Shrinkage Line

5、ar LMS,SL-LMS)波束形成算法，它利用了無噪聲后驗(yàn)誤差與無噪聲先驗(yàn)誤差之間的關(guān)系，每次迭代時(shí)反饋給系統(tǒng)一個(gè)漸近最優(yōu)的迭代步長，大大提高了自適應(yīng)波束形成器的收斂速度。另外利用了信號(hào)的非圓特性的廣義線性LMS(Widely Linear LMS,WL-LMS)自適應(yīng)波束形成算法，相比于LMS算法，其穩(wěn)態(tài)性能得到了顯著的提高，但是仍然存在和LMS波束形成器同樣的問題，即收斂速度較慢，受迭代步長大小的影響。因此，在變步長SL-LMS波