mvdr自適應(yīng)波束形成算法研究(參考版)
2025-06-26 05:40本頁面
【正文】 參考文獻(xiàn)1． 張旭東 陸明泉 《離散隨機(jī)信號處理》 清華大學(xué)出版社2． 張明友 呂明 《現(xiàn)代信號處理理論與方法》 國防工業(yè)出版社3． 黃曉砥 ‘海洋波導(dǎo)中水平陣列和垂直陣列抑制干擾研究’中國科學(xué)院博士學(xué)位論文4． 汪福權(quán) ‘MVDR自適應(yīng)波束形成在被動(dòng)測向上的應(yīng)用’中國科學(xué)院博士學(xué)位論文5． 張小飛 張勝男 徐大專 ‘自適應(yīng)對角加載的波束形成’中國空間科學(xué)技術(shù) 2007年4月第2期6． 何心怡 黃海寧 李奇虎 ‘波束域MVDR高分辨方位估計(jì)方法研究’武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)7． Thomas L Marzetta, Steven H Simon, Hobo Ren ‘Capon MVDR spectral Estimation from Singular Data Covariance Matrix without diagonal loading’ Bell Lab lucent Technology.8． Blair D Carlson ‘Covariance Matrix Estimation Errors and Diagonal in Adaptive Arrays.’ 9． Reed l S, Mallen, J,D ‘Rapid convergence rate in adaptive antennas’ IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systerms10． ‘Sample size considerations for adaptive arrays’ IEEE Transactions on Aerospace and Electronics Systems.11． ‘Adaptive Array Principles’ New York Pereginus Ltd12． Capon, J. ‘High resolution Frequencywavenumber Spectrum Analysis’. Proceedings of the IEEE. Aug, 1969. Volume 57 issue 8.13． 居余馬 《線性代數(shù)》 清華大學(xué)出版社14． 丁玉美 高西全 《數(shù)字信號處理》 西安電子科技大學(xué)出版社15． Boyles Acoustic Waveguides WileyInterscience Publication。因此，對角加載提高了MVDR算法在低快拍數(shù)、高信噪比下的穩(wěn)定性。這在很大程度上影響了MVDR算法的性能。低快拍數(shù)下協(xié)方差矩陣求逆時(shí)小特征值擾動(dòng)明顯致使波束響應(yīng)旁瓣升高，主瓣發(fā)生畸變。然而MVDR算法本身也存在一定的局限性。MVDR可以使在期望方向上的陣列輸出功率最小，信干噪比最大。總結(jié) 本文深入分析了MVDR自適應(yīng)波束形成算法的原理及其自身存在的問題，同時(shí)分析了對角加載作為一種MVDR改善算法的原理，并結(jié)合仿真和應(yīng)用實(shí)例結(jié)果加以說明。圖表 17：166秒時(shí)刻CBF指向圖圖表 18：166秒時(shí)刻MVDR指向圖對比圖118可以看出，在166秒時(shí)CBF已無法分辨交通艇和護(hù)衛(wèi)艦的目標(biāo)信號而對角加載后的MVDR依然可以分辨兩個(gè)目標(biāo)。對比圖116可以看出，CBF的航路較寬，在兩目標(biāo)臨近交匯處完全重合在一起，無法分辨。圖表 14：CBF航路圖圖表 15：MVDR航路圖圖表 16：對角加載后航路圖對比圖116可以看出，在低快拍數(shù)和高信噪比的影響下，沒有對角加載的MVDR圖像完全畸變，目標(biāo)航路無法分辨。實(shí)驗(yàn)示意圖：碼頭浮碼頭護(hù)衛(wèi)艦輔機(jī)工作狀態(tài)交通艇分別用CBF、MVDR、對角加載后的MVDR算法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。錄音機(jī)采樣率48kHz。3．4 對角加載應(yīng)用實(shí)例 應(yīng)用實(shí)例2該實(shí)驗(yàn)歷史數(shù)據(jù)來源于2005年1月23日潛艇十二支隊(duì)，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為護(hù)衛(wèi)艦和交通船各一艘，潛艇?？吭诟蹆?nèi)浮碼頭上，航路設(shè)計(jì)使兩艘水面艦艇的方位航跡交叉。這說明快拍數(shù)不足的情況下，期望信號與噪聲干擾存在明顯的相干性，通過增大快拍數(shù)可以消除這種相關(guān)性，從而改善波束響應(yīng)的性能。圖表 10：包含期望信號的MVDR波束響應(yīng)圖（快拍數(shù)1000）橫坐標(biāo)為信號方位，縱坐標(biāo)為波束響應(yīng)強(qiáng)度（dB）圖表 11：不包含期望信號波束響應(yīng)圖（快拍數(shù)1000）橫坐標(biāo)為信號方位，縱坐標(biāo)為波束響應(yīng)強(qiáng)度（dB）圖表 12：包含期望信號的波束響應(yīng)（快拍數(shù)24000）橫坐標(biāo)為信號方位，縱坐標(biāo)為波束響應(yīng)強(qiáng)度（dB）圖表 13：對角加載后波束響應(yīng)圖（快拍數(shù)1000）橫坐標(biāo)為信號方位，縱坐標(biāo)為波束響應(yīng)強(qiáng)度（dB）對比圖11可以看出，同樣快拍數(shù)下包含期望信號的波束響應(yīng)圖的效果較差，旁瓣很高將主瓣淹沒。快拍數(shù)為1000和24000。聲速為1500米每秒。下面給出仿真波束響應(yīng)圖進(jìn)行說明。根據(jù)Cox的研究，對角加載可被看作是在估計(jì)協(xié)方差矩陣中加入來自各個(gè)方向的虛擬干擾信號。很顯然，通過增加快拍數(shù)可以在一定程度上消除這種相關(guān)性。在理想情況下，期望信號與噪聲加干擾完全不相干
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