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一种加权稀疏约束稳健Capon波束形成方法
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TN911.7[电子电信—通信与信息系统;电子电信—信息与通信工程]
  • 作者机构:[1]西北工业大学航海学院,西安710072, [2]中国科学院,声学研究所声场声信息国家重点实验室,北京100190
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11274252,51479169); 声场声信息国家重点实验室开放课题研究基金(批准号:SKLA201501); 中央高校基本科研业务费(批准号:3102015ZY011); 西北工业大学基础研究基金(批准号:JC20110208)资助的课题
中文摘要:

为了克服标准Capon波束形成器旁瓣级高以及存在角度失配时性能急剧下降等缺点,在稀疏约束Capon波束形成器的基础上,提出了一种加权稀疏约束Capon波束形成器.该方法利用波束响应的稀疏分布特性,在标准Capon波束形成优化模型中加入旁瓣区域波束响应稀疏约束(?1范数约束),使旁瓣区域波束响应向量中非零元素的个数最小化;通过阵列采样数据协方差矩阵特征分解得到信号子空间及噪声子空间,利用信号子空间与噪声子空间的正交特性,构造加权矩阵对稀疏约束进行加权,使得稀疏重构时波束响应向量中不同角度对应的元素得到不同程度的约束.该方法有效地抑制了Capon波束形成器的高旁瓣级,加深了干扰方位零陷,提高了阵列输出信干噪比.由于稀疏约束,波束响应向主瓣集中,期望信号方向附近的波束响应都较大,从而也提高了阵列抗导向矢量角度失配的能力.数值仿真和水池实验验证了所提方法的有效性.

英文摘要:

Adaptive beamforming is widely used in the fields such as radar,sonar,wireless communication to estimate the parameters of the signal of interest(SOI)at the output of a sensor array by data-adaptive spatial filtering and interference suppression.The standard Capon beamformer(SCB)is a typical adaptive beamforming approach which provides a superior performance by minimizing the array output power while simultaneously maintaining the array response under the assumption of distortionless direction of arrival(DOA).However,the advantages in performance of SCB are obtainable only when the number of snapshots available for the sample covariance matrix estimation is large enough and the direction of the SOI is known accurately.When applied to practical situations where the aforementioned two requirements are not satisfied,SCB will suffer high sidelobe levels and performance degradation in the parameter estimates due to lack of measurements and mismatch in the steering vector.A sparsity-constrained Capon beamformer(SCCB)arises to alleviate these problems.Unlike SCB,the constraint in SCCB is composed of two parts:the original array output power constraint part and the sparse constraint part(?1 norm constraint,encouraging sparse distribution in the array responses).However,if the sparse constraint in SCCB is set too large compared with the array output power constraint part,the responses in the directions of interferences will be influenced,and a tradeoff between the ability to reduce the sidelobe levels and the ability to reject the interferences must be made.Thus,based on the SCCB,a new robust Capon beamformer utilizing a weighted sparse constraint is proposed in this paper.In the proposed method,the sparse constraint part is replaced by a weighted sparse constraint,which is applied only to the sidelobe regions of the beampattern.By doing so,the number of the non-zero elements in the sidelobe response is minimized,resulting in an enhanced mainlobe region and suppressed sidelobe ones.In sparse recove

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876