一种新的降维LCMV波束形成算法.pdfVIP

第27卷第4期 中国科学院研究生院学报 V01．27No．4 JournaloftheGraduateSchooloftheChinese ofSciences 2010 2010年7月 Academy July 文章编号i1002-1175(2010)04一0512-05 一种新的降维LCMV波束形成算法 王 峥，周以国 (中国科学院电子学研究所。北京100190) (2009年12月29日收稿；2010年3月9日收修改稿) YG．Anewmethodofdimension-reductionLCMV oftheGraduateSchoolof WangZ，Zhou beamformer[J]．Journal theChinese of AcademySciences，2010，27(4)：512-516． 摘 要 针对阵列信号中部分自适应信号处理问题，提出了一种新的基于平滑阵列的降维方 法．该方法将全阵列平滑处理，通过分割成相互重叠的子阵达到降维的目的．该波束形成器 使用了两级加权的结构．根据方向图相乘原理，天线方向图是两级加权矢量独立产生的方向 图的乘积，此波束形成器可以等效为一种空域滤波器的级联形式．通过大量的计算机仿真验 证了此方法的有效性和优越性． 关键词 部分自适应处理，波束形成器，线性约束最小方差，自适应天线阵列，降维 中图分类号TP911．7 1 引言 自适应波束形成器是阵列信号处理技术的一个分支，已经广泛应用于雷达、通信、声纳、地震监测、 生物医学等众多领域．当天线阵列数目较大时，自适应算法的计算矩阵规模急剧增长，必将影响到算法 的计算速度．在快速时变的无线信道环境中，自适应天线必须对信号做出快速、实时的响应，而这种算 法计算的滞后会使得权重值无法及时更新，也就失去了自适应的意义；而且对于每个天线都使用自适应 加权处理，需要相等数量的高频通道，A／D变换，势必造成设备成本的增高。所以有必要减少天线自适 应加权的数量，即减少自适应算法处理接收数据矩阵的维度．利用部分自适应处理算法，有利于降低系 统成本，减少信号处理中的运算量和复杂度，加快自适应算法的收敛速度． 应波束形成器．LCMV波束形成器由最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器推广得到，将单一的期 望信号无失真输出线性约束拓展到多个线性约束，目的是使自适应天线在干扰方向处产生零陷． Griffiths提出了LCMV波束形成器的一种等效形式——广义旁瓣相消器GSC[23，将一个约束问题转化为 无约束问题，并且很多改进算法都需要在GSC的框架下实现．关于部分波束自适应形成，很多学者对此 进行了深入研究．早在30年前，Chapman就开始对部分自适应阵列进行研究，提出了广义多波束处理 加权，与主通道对消，从而抑制干扰．文献[5]提出了波束空间部分自适应算法，对整个阵列形成r个非 自适应波束，再对各个波束进行自适应加权处理． 本文提出了一种基于平滑阵列结构的降维方法，从空域滤波器级联的角度分析了平滑阵列结构的 优点，有利于天线方向图的控制；另一方面，该结构实现了LCMV算法的降维，降低了运算量．本文第2 节介绍了基于LCMV算法的波束形成器，第3节论证了平滑阵列对于算法降维的可行性，第4节给出仿 真结果，并与全阵列自适应算法进行了比较．最后给出全文总结． 万方数据 第4期 王峥，周以国：一种新的降维LCMV波束形成算法 513 2 LCMV波束形成器 波前f等 假设一个m元均匀直线阵，阵列天线为互相 独立的理想全向天线．有￡个互不相关的窄带信 号源S(n)=[s。(n)，s：(n)，…，s。(n)]1，其中， s．(n)是期望信号，其余为干扰信号．噪声信号 N=[Ⅳ。(n)，N：(凡)，…，N。(n)]T为独立于信号 源的理想加性高斯白