卫星导航空时自适应波束形成抗干扰技术研究

针对卫星导航信号易被干扰的问题,研究了基于空时自适应波束形成的抗干扰方法。讨论了空时自适应波束形成的基本原理,从空域和时域两个角度分别分析了空时处理对卫星信号影响及补偿方法,对空时自适应波束形成抗干扰处理进行了性能仿真,结果表明可获得干信比为85d B的抗干扰能力,验证了方法的有效性。     

基于高阶累积量的自适应波束形成

常规波束形成器仅限于利用信号的二阶统计特性。作者采用高阶累积量估计期望信号的导向矢量 (Steering Vector) ,实现了一种基于高阶累积量的自适应波束形成器 (HCAB)。该波束形成器利用信号的更高阶统计特性 ,减少了对阵列流型的依赖 ,具有较好的容差性 ,能自动跟踪信号。数值模拟实验表明该波束形成器工作良好。     

一种功率谱相关的基元域近场强干扰抑制方法

针对影响拖曳线列阵声纳系统目标检测性能的两种典型近场强干扰源,由宽带近场阵列模型,提出了基于功率谱相关的干扰抵消方法,通过比较基元域频域信号与干扰波束信号功率谱之间的相似关系,找到与每路基元信号相匹配的干扰分量信号,最后通过频域块自适应滤波算法实现每路基元域信号中的干扰抵消。宽带仿真结果与海试表明,这种方法在强干噪比和低信噪比条件下,比最小方差无失真响应和传统基元域干扰抵消方法在阵增益方面提高约10dB。相比传统基元域干扰抵消方法,这种方法能够实现抵消拖船干扰的同时抵消邻近目标强干扰。     

舷侧阵CBF和OBF的阵增益比较

以舷侧阵作为研究对象,首先介绍了常规波束形成器(CBF)和最佳波束形成器(OBF)的波束输出信号模型,然后推导了信号+噪声场合下的阵增益表达式,比较了在不同信号频率和不同信号源方向角下,CBF和OBF的阵增益,最后在增加了有指向性的CW干扰后,分析了此场合下的阵增益,并比较了不同的信号频率下,干扰源方向角的变化对两类波束形成器阵增益的影响。     

时空联合估计权向量的MVDR自适应波束形成方法

为实现短数据条件下权向量的稳定优化估计,提出1种时空联合估计权向量的MVDR自适应波束形成方法。该方法结合时域解析信号的MVDR自适应波束形成算法中构造时域解析信号的方法和直接数据域算法中空间滑动的方法,以减少一半权向量为代价,实现了在更短的数据长度下稳定优化地估计协方差矩阵和权向量。数值仿真实验和海上实验数据处理结果表明:与常规波束形成和直接数据域相比,该方法具有更好的稳定性和更好的波束性能,即主瓣更窄,旁瓣更低,阵增益更高。     

水声信号时频分析方法比较及应用研究

浅海中的宽带水声信号传播呈现出频散的特点,通过高分辨率的时频分析方法可以刻画频散曲线。通过数值仿真和实验数据处理,对比分析几类常用的时频分析方法在提取宽带声信号频散曲线方面的性能。结果表明:STFT时频局部化精度不够高;在较强频散的情况下,DSTFT时频分辨率较高。WVD时频聚集性最好,但是有严重的交叉项干扰;固定核函数的CWD较好地抑制交叉项,时频分辨率虽优于STFT,但弱化了时频聚集性;AOK时频分布采用自适应高斯核函数,在抑制交叉项的同时,时频聚集性较好,有望较好地用于提取信号频散曲线。     

强干扰背景下水中微弱信号的垂直阵波束形成研究

针对垂直阵在强干扰背景下采用常规波束形成方法难以估计目标俯仰角的问题，研究了超波束与逆波束形成等方法在垂直阵中的应用。讨论了超波束与逆波束形成原理，仿真分析了其波束图，表明分辨率比常规波束形成有明显提高。实测数据分析表明：超波束方法可以分辨目标与干扰的俯仰角轨迹，对角加载逆波束 MVDR 方法可以获得目标的俯仰角轨迹。研究结果解决了强干扰背景下微弱目标信号俯仰角难以估计的问题，为微弱目标定位提供了新的途径。     

利用MVDR算法削弱多波束测深声纳的隧道效应

分析了海底多波束测深声纳中存在的隧道效应及其产生机理,指出旁瓣干扰是引起隧道效应的重要因素,隧道效应的出现导致多波束测深声纳把相对平坦的海底误测成凹面向上的水平半圆柱面海底地形。研究了基于GSC结构的自适应波束形成算法,推导提出了MVDR算法的连续自适应实现方案,并利用该算法对多波束测深声纳湖试数据中存在的隧道效应进行处理,结果表明该算法能够有效削弱多波束测深数据边缘波束中存在的旁瓣干扰。     

基于二阶锥规划的空域维纳滤波

提出了基于二阶锥规划的空域维纳滤波。基于噪声与阵列流型不相关的特性,将阵列的方向向量作为期望通过二阶锥规划方法对阵列快拍进行维纳滤波。利用维纳滤波抑制噪声的能力,提高阵列的信号检测和方位估计性能。通过仿真研究,验证了单目标时,其低信噪比下的信号检测性能优于Bartlett波束形成,其方位估计的信噪比门限要低于Bartlett波束形成和MUSIC算法,因而是一种优良的波束形成器。该波束形成器用于多波束测深仪和侧扫声纳等海洋测绘设备的阵列,可以有效的提高设备的作用距离和测量精度。     

基于二阶锥规划的空域维纳滤波

提出了基于二阶锥规划的空域维纳滤波。基于噪声与阵列流型不相关的特性,将阵列的方向向量作为期望通过二阶锥规划方法对阵列快拍进行维纳滤波。利用维纳滤波抑制噪声的能力,提高阵列的信号检测和方位估计性能。通过仿真研究,验证了单目标时,其低信噪比下的信号检测性能优于Bartlett波束形成,其方位估计的信噪比门限要低于Bartlett波束形成和MUSIC算法,因而是一种优良的波束形成器。该波束形成器用于多波束测深仪和侧扫声纳等海洋测绘设备的阵列,可以有效的提高设备的作用距离和测量精度。