mvdr自適應(yīng)波束形成算法研究-wenkub
2023-07-08 05:40:59 本頁面
【正文】 ctral estimation are the two major researching emphasis in array signal processing. MVDR is a selfadapting algorism based on the maximal SINR principle. It can selfadaptingly make the array output reach maximum on the expected direction with the lowest SINR. Applying this algorism to special beamnumber spectral estimation can to great extent increase the resolution and the inhibition capability. This paper makes a further analysis of MVDR algorism with the result of puter emulation and the processing of experimental data. Furthermore, this paper also shows the improvement of diagonalloading technology to MVER algorism. Keywords: Beamforming ；Spatial Wavenumber spectral estimation；MVDR； Diagonal loading目 錄1． 引言 22． MVDR自適應(yīng)波束形成算法原理 22．1 MVDR權(quán)矢量 22．2 協(xié)方差矩陣估計(jì) 42．3 MVDR性能分析 52．4 MVDR算法在空間波數(shù)譜估計(jì)中的應(yīng)用 6仿真實(shí)驗(yàn)1 6仿真實(shí)驗(yàn)2 7應(yīng)用實(shí)例1 73． MVDR性能改善 93．1 快拍數(shù)不足對MVDR算法的影響 9仿真實(shí)驗(yàn)3 113．2 對角加載 12仿真實(shí)驗(yàn)4 133．3 替代的誤差分析 14仿真實(shí)驗(yàn)5 153．4 對角加載應(yīng)用實(shí)例 16應(yīng)用實(shí)例2 16總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20 一． 引言MVDR（Minimum Variance Distortionless Response）是Capon于1967年提出的一種自適應(yīng)的空間波數(shù)譜估計(jì)算法。SMI算法只用較少的采樣數(shù)據(jù)(快拍數(shù))就能保證權(quán)系數(shù)收斂。本文的主要工作是：分析MVDR算法以及對角加載技術(shù)的基本原理，對MVDR算法在快拍數(shù)不足和高信噪比的情況下發(fā)生畸變的原因進(jìn)行討論。在一般情況下，陣元輸出矢量被認(rèn)為是入射信號和噪聲加方向性干擾的疊加。將（）帶入（）得： （）由此求出陣列的輸出功率為（設(shè)信號與干擾加噪聲完全不相干）： （）其中分別為信號和干擾加噪聲的協(xié)方差矩陣。 協(xié)方差矩陣估計(jì)在實(shí)際的陣列處理中，我們無法得到統(tǒng)計(jì)意義上理想的協(xié)方差矩陣，因此只能通過估計(jì)來代替。在實(shí)際應(yīng)用中，可以用包含期望信號的協(xié)方差矩陣來代替。從第一節(jié)MVDR權(quán)矢量表達(dá)式（）中不難看出，MVDR算法之所以具有這種性質(zhì)是因?yàn)樽顑?yōu)權(quán)矢量能夠自適應(yīng)的在期望方向形成峰值并在干擾方向形成零點(diǎn)。背景噪聲為加性高斯白噪聲。 MVDR算法在空間波數(shù)譜估計(jì)中的應(yīng)用 MVDR算法實(shí)際上是一種最小方差的譜估計(jì)方法（MVSEPSD），將（）式 帶入 陣列輸出功率表達(dá)式（）得到MVDR空間波數(shù)譜估計(jì)的表達(dá)式： （）同時不難求得CBF空間波數(shù)譜估計(jì)的表達(dá)式為： （）兩式相比得 （）根據(jù)CauchySchwarz不等式（）大于等于1。入射角度為90度。背景噪聲為高斯白噪聲。從圖3中可以進(jìn)一步看出，CBF中60度和80度方向的信號完全重合在一起，無法分辨。應(yīng)用實(shí)例1海上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為32陣元舷側(cè)陣采樣得到。圖表 4：MVDR航路圖圖表 5：CBF航路圖圖圖5分別為MVDR和CBF信號DOA估計(jì)的航路圖。三． MVDR性能改善 3．1 快拍數(shù)不足對MVDR算法的影響 如（）式所示，MVDR采用了采樣矩陣求逆（SMI）的自適應(yīng)算法。根據(jù)Kelly, Boroson的研究，MVDR波束響應(yīng)的旁瓣高度滿足： （）由此式得，要想將旁瓣級控制在30dB，至少要快拍數(shù)大于1000。 由第二章中（）~()式得，陣列輸出中噪聲加干擾成分的協(xié)方差矩陣為
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