文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)10-0092-04
在自適應陣列處理中,由于多徑效應或智能干擾的存在而使期望信號與干擾相干,直接應用常規波束形成器會引起期望信號相消,使波束形成性能急劇下降[1]。因此存在相干干擾時的自適應波束形成技術已引起人們廣泛的關注。在相干信號環境下,根據不同的應用情況,陣列信號的處理準則[2]有三種,第一種準則是把期望信號和與之相干的干擾信號有效組合起來,使陣列輸出信干噪比達到最大;第二種是約束期望信號方向增益恒定,而使得干擾加噪聲的輸出功率最??;第三種是在約束期望信號增益恒定的基礎上,不管干擾是否與期望信號相干,均約束干擾信號增益為零,并使得干擾加噪聲的輸出功率最小。參考文獻[3]利用第一種準則,使方向圖在期望信號與相干干擾信號方向均形成峰值,導致期望信號淹沒在相干干擾中,不利于接收。參考文獻[4]提出自適應加權空間平滑算法(AWSS),通過虛擬波束形成,自適應形成子空間的權值,陣列接收效果較好,但它沒有使用對角加載,因而當期望信號方向估計有誤差時,性能嚴重惡化。參考文獻[5]的多約束方法(MCMV)利用第三種準則,對相干干擾施以強制零陷約束。該方法因信號方向角估計誤差敏感,稍有偏差,性能便急劇下降。參考文獻[6]提出的輔助變換方法(CTMV),利用第二種準則,通過非強約束的方式,用一個轉換矩陣來預處理接收數據,去除期望信號,保留相干干擾不變,陣列接收效果較好。由于其對非相干干擾未進行任何處理,所以性能改善有限。最近提出的一種基于不確定集約束的穩健波束形成方法[7],通過對一定范圍內的期望信號及相干干擾加以約束,穩健性,但是不確定集即角度范圍不容易確定。本文提出一種輔助變換類算法(ICTMV),利用第二種準則,設計的變換矩陣對期望信號、相干干擾和非相干干擾信號三者都進行處理。仿真結果表明,該算法提高了干擾抑制、輸出信干噪比等性能。
圖3所示λ取10,三種方法的輸出信干噪比與輸入信干噪比的關系曲線圖。由于ICTMV的變換矩陣T對非相干干擾也進行了等式變換,所以隨著信噪比的增加,它的輸出信干噪比幾乎線性增加,而另兩種方法的輸出信干噪比則間斷式增加,因此ICTMV大大改善了輸出信干噪比。
(3)對角加載量由0~500逐漸變化時,輸出信干噪比的變化。
信噪比為0 dB,期望信號、相干干擾信號角度估計存在1°、2°誤差時,圖4(a)、圖4(b)分別給出了輸出信干噪比隨對角加載量的變化;信噪比為10 dB,期望信號、相干干擾信號角度估計存在1°、2°誤差時, 圖4(c)、圖4(d)分別給出了輸出信干噪比隨對角加載量的變化。AWSS的輸出信干噪比不受加載量變化的影響,這是由于AWSS未采用對角加載。對角加載量取得越大,則ICTMV的輸出信干噪比將比CTMV的大得越多。
(4)信號角估計誤差從-2°到+2°變化時,輸出信干噪比的變化。
信噪比為0 dB,期望信號、相干干擾信號角估計都存在估計誤差時,對角加載量取10和100時,ICTMV、CTMV和AWSS法的輸出信干噪比隨角估計誤差的變化如圖5所示。由圖可見,本文所提出的ICTMV算法在整個角度估計誤差范圍內,比CTMV和AWSS有更高的輸出信干噪比,因而穩健性更強。
當存在相干干擾時,本文提出一種改進的輔助變換ICTMV波束形成方法。設計了一種變換矩陣對期望、相干干擾、非相干干擾信號三者都能進行精確處理;使用對角加載,對干擾尤其是非相干干擾抑制更深。該方法具有更高的輸出信干噪比和更強的穩健性。
參考文獻
[1] WIDROW B, DUVALL K M, GOOCH R P, et al. Signal cancellation phenomena in adaptive antennas:Causes and cures[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1982,30(5):469-478.
[2] BRESLER Y, REDDY V U, KAILATH T. Optimum beamforming for coherent signal and interferences[J]. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, Signal Processing, 1988, 36(6): 833-843.
[3] 趙永波,張守宏. 存在相干干擾時的最優波束形成[J].通信學報,2002,23(2):113-121.
[4] 丁前軍,王永良,張永順,等.一種虛擬波束形成自適應加權空間平滑算法[J]. 電子與信息學報,2006,28(12):2263-2268.
[5] YEH C C, WANG W D. Coherent interference suppression by an antenna array of arbitrary geometry[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1989,37(10):1317-1322.
[6] SUNG L T, TSAI L T. Coherent interference suppression with complementally transformed adaptive beamformer[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1998,46(5):609-617.
[7] YU L, LIU W, LANGLEY R J. Novel robust beamformers for coherent interference suppression with direction-of-arrival estimation errors[J]. IET Microwaves Antennas and Propagation,2010,4(9):1310-1319.
[8] 張賢達. 矩陣分析與應用[M]. 北京:清華大學出版社,2004:255-305.