均匀阵列下二维TLS-ESPRIT改进算法的研究

通过对均匀阵列下二维TLS-ESPRIT算法的研究,将一维ESPRIT改进算法推广到二维领域,在二排平面均匀直线阵模型中使用同一排几何阵列构造两个子阵列,即将阵元为M的阵列够造成由前M-1个阵元构成的子阵列和后M-1个阵元构成的子阵列,从而增加了阵列的有效孔径,提高了信源波达方向的估计精度,并通过MATLAB仿真,给出了不同信噪比情况下,改进算法与原算法的性能比较,证实了该算法的有效性。     

有限采样下低频声源聚焦波束形成的定位研究

依赖于基阵协方差矩阵的算法,要求有足够样本容量来实现稳健的性能。针对常规聚焦波束形成在低频段分辨能力不足以及有限的数据长度,本文研究了一种基于最小方差无失真响应(MVDR)的重叠分子阵算法。仿真实验表明,重叠分子阵MVDR算法在低快拍数、低信噪比情况下,稳健性优于全阵列MVDR算法。在海试数据中,利用一条孔径为109m的光纤水听器阵列,验证了该算法可以在低快拍数下对50m内低频段100～200Hz的目标实现分辨率为0.5m的近场定位。     

自适应波束形成的SARLS算法

提出了一种改进的递推最小二乘(RLS)算法——子阵异步RLS算法(SARLS)用于自适应波束形成,改进后的算法,在总权矢量的维数为N、子权矢量维数较小时,运算量由O(N2)降到了O(N),并通过实例仿真详细地验证了算法的实用性:该算法在保持对期望信号良好接收的同时,能够很好地抑制到达方向与期望信号不同的干扰信号。     

基于精确响应控制的子阵波束赋形算法

相控阵多采用子阵划分来减少通道数,针对均匀划分子阵的波束赋形问题进行研究,提出了一种基于精确响应控制的波束赋形方法。具体来讲,首先由输出期望方向图和单个子阵静态方向图得到子阵级期望方向图;在此基础上利用精确阵列响应控制方法计算出最优权向量,使子阵级静态方向图满足于子阵级期望方向图;最终成功实现了均匀划分子阵的波束赋形。所提算法具有实现简单、灵活性强、适用范围广的优点。文中对所提算法进行了仿真验证,充分证实了所提算法的有效性,可以为子阵的实际工程应用提供重要的理论支撑。     

Hybrid Beamforming Design for Self-Interference Cancellation in Full-Duplex Millimeter-Wave MIMO Systems with Dynamic Subarrays

Full-duplex (FD) millimeter-wave (mmWave) multiple-input multiple-output (MIMO) communication is a promising solution for the extremely high-throughput requirements in future cellular systems. The hybrid beamforming structure is preferable for its low hardware complexity and low power consumption with acceptable performance. In this paper, we introduce the hardware efficient dynamic subarrays to the FD mmWave MIMO systems and propose an effective hybrid beamforming design to cancel the self-interference (SI) in the considered system. First, assuming no SI, we obtain the optimal fully digital beamformers and combiners via the singular value decomposition of the uplink and downlink channels and the water-filling power allocation. Then, based on the obtained fully digital solutions, we get the dynamic analog solutions and digital solutions using the Kuhn–Munkres algorithm-aided dynamic hybrid beamforming design. Finally, we resort to the null space projection method to cancel the SI by projecting the obtained digital beamformer at the base station onto the null space of the equivalent SI channel. We further analyze the computational complexity of the proposed method. Numerical results demonstrate the superiority of the FD mmWave MIMO systems with the dynamic subarrays using the proposed method compared to the systems with the fixed subarrays and the half-duplex mmWave communications. When the number of RF chains is 6 and the signal-to-noise ratio is 10 dB, the proposed design outperforms the FD mmWave MIMO systems with fixed subarrays and the half-duplex mmWave communications, respectively, by 22.4% and 47.9% in spectral efficiency and 19.9% and 101% in energy efficiency.     

利用重叠子阵交替发射提高机载双基正侧阵雷达杂波抑制性能的方法

距离非平稳杂波抑制是机载双基雷达空时自适应处理面临的重要困难之一。针对此问题,该文提出一种利用重叠子阵交替发射技术来抑制距离非平稳杂波的新方法。该方法通过交替发射使机载双基正侧阵雷达的杂波脊落在发射和接收空间频率以及多普勒频率构成的3维频率空间的一个平面上,并且目标不落在该平面。由于该杂波平面具有距离平稳性,这保证了空时自适应处理可以有效地抑制该杂波平面,进而能够有效抑制距离非平稳杂波。仿真结果验证了该方法的有效性。     

多子阵互耦影响下的非圆信号自校正算法

针对多子阵互耦影响下的非圆信号波达方向(Direction-Of-Arrival,DOA)估计问题,给出了一种针对最大非圆率信号的互耦自校正算法.该算法利用均匀线阵互耦矩阵的带状、对称Toeplitz性和多子阵互耦矩阵的块状对角特性,能够与传统的互耦秩减估计器一样避免多维搜索和迭代运算.并且通过结合信号的非圆特性来扩展数据模型,使得其估计精度较传统的互耦秩减估计算法有明显提升,可分辨信源数也有所增加.对该算法的理论性能进行研究,分析了其对未知参数的可辨识性必要条件,并基于最大非圆率信号模型给出了相应的克拉美罗界(Cramér-Rao Bound,CRB).仿真结果表明,该算法较传统的互耦秩减估计算法在低信噪比、小快拍数下有更强的鲁棒性.     

多子阵平板天线峰值旁瓣优化

针对多子阵平板天线离散口径带来的高旁瓣问题, 分析了不同仰角下的峰值旁瓣电平成因, 提出了降低多子阵天线峰值旁瓣电平的方法。以降低工作范围内的峰值旁瓣为目标, 采用遗传算法研究了天线口径、阵元方向性、幅度衰减等因素对多子阵天线的影响, 实现了峰值旁瓣的最佳优化。仿真结果表明, 多子阵天线的方向图综合仅需考虑最小间距约束; 除子阵间距外, 阵元方向性和幅度衰减对多子阵天线的优化也有一定的影响, 在优化过程中需综合考虑, 本文方法与分析结果可为多子阵平板天线的设计提供参考。     

多子阵互耦条件下的一维波达方向估计及互耦自校正

该文研究多子阵(multiple subarrays)阵元互耦条件下的波达方向(DOA)估计,假设阵列由多个位置已知的均匀线阵(ULA)组成,但线阵阵元间存在互耦效应。利用均匀线阵互耦矩阵的带状、对称Toeplitz性及多子阵互耦矩阵的块状对角特性,提出了一种解耦合波达方向估计及互耦自校正算法。该算法在未知阵元互耦参数的情况下,可准确估计出信源的波达方向。另外,算法在精确估计波达方向的同时,还可准确估计出阵元间的互耦系数,实现多子阵的互耦自校正。算法的波达方向估计只需一维谱峰搜索,避免了通常多参数联合估计的多维非线性搜索及迭代运算,可明显减小算法运算量。文中讨论了算法参数可辨识性的必要条件,并分析计算了多参数联合估计的克拉美-罗界(CRB)。理论分析及蒙特卡罗仿真结果表明,该算法具有计算量小、DOA估计分辨力高、互耦校正效果好等优点。     

混合扫描多子阵平板天线旁瓣电平优化研究

多子阵技术是平板天线动中通降低天线系统高度的重要方法,但其离散口径却带来了高旁瓣,且难以通过传统的不等幅馈电技术得以抑制.文中从理论上分析了混合扫描多子阵平板天线的方向图特性,给出了几种降低旁瓣电平的方法.以降低天线扫描范围内的最高旁瓣电平为目标,采用遗传算法对子阵间距进行优化研究,仿真结果表明子阵间距优化可以显著降低天线的旁瓣电平.该方法与分析结果可为多子阵平板天线的设计提供参考.