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宽带共形阵基于SRV约束的自适应波束设计
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作者 陈鹏 郝拥军 +3 位作者 李瑞康 樊玮鹏 张亚龙 王瑞尧 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第15期101-107,共7页
自适应波束形成可以有效抑制非期望信号方向上的干扰信号。针对采用节拍延迟线(Tapped Delay Line,TDL)结构和复数加权系数的宽带共形阵,本文提出一种基于空间响应偏差SRV(Spatial Response Variation)约束的自适应频率不变波束形成器(F... 自适应波束形成可以有效抑制非期望信号方向上的干扰信号。针对采用节拍延迟线(Tapped Delay Line,TDL)结构和复数加权系数的宽带共形阵,本文提出一种基于空间响应偏差SRV(Spatial Response Variation)约束的自适应频率不变波束形成器(Frequency Invariant Beamformer,FIB)优化设计方法。该自适应FIB在参考频率上保持预测信号方向无偏响应以及旁瓣级恒定这2个限制条件下,根据对波束形成器输出功率值与平均空间响应偏差值这2项的加权和进行最小化处理的准则进行设计。通过将这种FIB设计问题转化为标准二阶锥规划(Second Order Cone Programming,SOCP)形式后,可以采用内点方法对其进行有效求解。仿真结果验证了本文方法对于宽带共形阵自适应FIB设计的有效性。 展开更多
关键词 宽带共形阵 频率不变波束形成器 空间响应偏差 二阶锥规划
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宽带平面阵基于空间响应偏差约束的优化波束设计 被引量:1
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作者 陈鹏 郝拥军 +3 位作者 王薇 廉成斌 张亚龙 鲍轩 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第20期60-66,共7页
针对具有节拍延迟线TDL(tapped delay line)结构和复数加权系数的宽带平面阵,提出基于空间响应偏差SRV(spatial response variation)约束的非自适应和自适应频率不变波束形成器FIB(frequency invariant beamformer)设计方法。非自适应FI... 针对具有节拍延迟线TDL(tapped delay line)结构和复数加权系数的宽带平面阵,提出基于空间响应偏差SRV(spatial response variation)约束的非自适应和自适应频率不变波束形成器FIB(frequency invariant beamformer)设计方法。非自适应FIB根据在参考频率点上主瓣方向无偏响应约束、加权系数向量范数约束以及平均空间响应偏差幅度约束这3个条件下最小化在参考频率点上波束图旁瓣级的准则进行设计。自适应FIB根据在参考频率点上预测信号方向无偏响应约束、在参考频率点上旁瓣区域旁瓣级约束以及平均空间响应偏差幅度约束这3个条件下最小化波束形成器输出功率的准则进行设计。通过将这2种FIB设计问题转化为标准二阶锥规划SOCP(second order cone programming)形式后,可以采用内点方法对其进行有效求解。仿真结果验证了本文方法对于宽带平面阵非自适应FIB和自适应FIB设计的有效性。 展开更多
关键词 宽带平面阵 节拍延迟线 频率不变波束形成器 空间响应偏差 二阶锥规划
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面向语音通信与交互的麦克风阵列波束形成方法 被引量:21
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作者 潘超 黄公平 陈景东 《信号处理》 CSCD 北大核心 2020年第6期804-815,共12页
临境语音通信与智能语音交互都面临复杂声学环境中的远距离高保真拾音难题,解决这一难题的有效途径是使用由多个麦克风传感器组成的麦克风阵列或多通道拾音系统,这种系统的核心是信号处理,通过对空间采样的声场信息进行时、空、频三域... 临境语音通信与智能语音交互都面临复杂声学环境中的远距离高保真拾音难题,解决这一难题的有效途径是使用由多个麦克风传感器组成的麦克风阵列或多通道拾音系统,这种系统的核心是信号处理,通过对空间采样的声场信息进行时、空、频三域的联合处理来实现声源定向/定位、信号增强、噪声抑制、混响抑制、声源分离、声场参数估计等功能。麦克风阵列信号处理的方法有很多,其中研究的最多、使用得最广的方法是波束形成。本文对麦克风阵列波束形成的原理、进展以及当前常用的方法进行简要综述,内容涵盖延迟求和、超指向、差分、正交级数展开、Kronecker和自适应波束形成方法。论文侧重于方法原理、机理和架构方面的探讨,具体的算法实现细节感兴趣的读者可以参考相应的文献。 展开更多
关键词 麦克风阵列 频不变波束形成 超指向波束形成 差分波束形成 Kronecker波束形成 自适应波束形成
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SRV constraint based FIB design for wideband linear array 被引量:3
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作者 Peng Chen Yihui Liang +2 位作者 Chaohuan Hou Xiaochuan Ma Dapeng Liu 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2010年第6期941-947,共7页
Frequency-invariant beamformer (FIB) design is a key issue in wideband array signal processing. To use commonly wideband linear array with tapped delay line (TDL) structure and complex weights, the FIB design is p... Frequency-invariant beamformer (FIB) design is a key issue in wideband array signal processing. To use commonly wideband linear array with tapped delay line (TDL) structure and complex weights, the FIB design is provided according to the rule of minimizing the sidelobe level of the beampattern at the reference frequency while keeping the distortionless response constraint in the mainlobe direction at the reference frequency, the norm constraint of the weight vector and the amplitude constraint of the averaged spatial response variation (SRV). This kind of beamformer design problem can be solved with the interior-point method after being converted to the form of standard second order cone programming (SOCP). The computer simulations are presented which illustrate the effectiveness of our FIB design method for the wideband linear array with TDL structure and complex weights. 展开更多
关键词 tapped delay line (TDL) wideband linear array frequency invariant beamformer (FIB) spatial response variation (SRV) second order cone programming (SOCP).
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基于空间响应偏差约束的最小二乘宽带波束形成 被引量:4
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作者 陈明建 罗景青 《电路与系统学报》 北大核心 2013年第1期84-89,共6页
针对常规最小二乘宽带波束形成中存在波束响应不满足频率不变特性和干扰方向零陷无法控制的问题,提出了一种基于空间响应偏差约束的最小二乘宽带波束形成方法。该方法通过对阵列空间响应在指定的宽频段和方位范围内施加约束,来控制阵列... 针对常规最小二乘宽带波束形成中存在波束响应不满足频率不变特性和干扰方向零陷无法控制的问题,提出了一种基于空间响应偏差约束的最小二乘宽带波束形成方法。该方法通过对阵列空间响应在指定的宽频段和方位范围内施加约束,来控制阵列波束响应的频率不变特性,同时增加一系列的线性约束,可以实现旁瓣电平和干扰零陷的灵活控制。在全方位约束和仅主瓣方位约束两种情况下,均能有效改善宽带波束的频率不变性能,并能在干扰方向上准确形成深零陷。仿真实验结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 最小二乘 宽带波束形成 频率不变波束器 空间响应偏差
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基于迭代变加权最小二乘的宽带波束赋形方法 被引量:2
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作者 陈明建 罗景青 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期796-801,共6页
针对常规加权最小二乘宽带波束形成中存在较大主瓣增益损失和旁瓣电平偏高的问题,提出了一种基于迭代变加权最小二乘的宽带波束赋形方法。首先通过合理设计加权函数和参考波束同步迭代优化波束主瓣区域和旁瓣区域对应的加权函数值;然后... 针对常规加权最小二乘宽带波束形成中存在较大主瓣增益损失和旁瓣电平偏高的问题,提出了一种基于迭代变加权最小二乘的宽带波束赋形方法。首先通过合理设计加权函数和参考波束同步迭代优化波束主瓣区域和旁瓣区域对应的加权函数值;然后对波束最小旁瓣电平进行调整并更新加权值,以获得低旁瓣宽带近似频率不变波束形成器。与常规加权最小二乘法相比,有效减小了波束主瓣增益损失,改善了波束的频率不变特性,并降低了宽带波束最高旁瓣电平。仿真结果表明该方法的有效性。 展开更多
关键词 加权最小二乘 波束赋形 宽带波束形成 频率不变波束形成器
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一种低复杂度的稳健宽带SDL波束形成算法 被引量:1
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作者 汪婉秋 刘成城 +1 位作者 赵拥军 陈晖 《信息工程大学学报》 2013年第1期72-77,共6页
针对存在期望信号指向误差时宽带波束形成性能下降等问题,提出一种基于最差性能准则和空间响应变化(SRV)的稳健阵元延迟线(SDL)宽带波束形成算法。该算法首先建立SDL宽带阵列模型;然后基于最差性能准则,设置多个约束条件,并通过对阵列... 针对存在期望信号指向误差时宽带波束形成性能下降等问题,提出一种基于最差性能准则和空间响应变化(SRV)的稳健阵元延迟线(SDL)宽带波束形成算法。该算法首先建立SDL宽带阵列模型;然后基于最差性能准则,设置多个约束条件,并通过对阵列波束波动附加离散SRV约束,用一参考频率上的约束条件代替一组不同频率上的约束条件;最后将稳健宽带波束形成问题转化为二阶锥规划问题,利用内点法有效求解。仿真实验表明,存在期望信号指向误差的情况下,该算法具有较好的稳健性,恒定束宽性能良好,且计算复杂度较低。 展开更多
关键词 阵元延迟线 稳健宽带波束形成 空间响应变化 恒定束宽波束形成器
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基于最小二乘的子带SDL恒定束宽波束形成 被引量:1
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作者 陈晖 刘成城 +1 位作者 李冬海 汪婉秋 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2013年第11期44-48,51,共6页
针对宽带恒定束宽波束形成通常需要大量阵元或延迟线所带来的硬件开销较大的问题,提出一种基于约束最小二乘的子带阵元延迟线(SDL)恒定束宽波束形成器设计方法。该方法首先建立子带SDL模型,利用子带滤波器组将阵元接收信号进行分解与重... 针对宽带恒定束宽波束形成通常需要大量阵元或延迟线所带来的硬件开销较大的问题,提出一种基于约束最小二乘的子带阵元延迟线(SDL)恒定束宽波束形成器设计方法。该方法首先建立子带SDL模型,利用子带滤波器组将阵元接收信号进行分解与重构,然后,推导了子带SDL模型的阵列响应,最后,结合空间响应变化和约束最小二乘算法进行恒定束宽波束形成。由于将滤波器组的冲击响应直接作为优化参量,可有效降低分解与重构产生的误差,为了衡量阵列响应的波动程度,文中提出归一化波动程度的概念。仿真结果表明,子带波束形成器不仅具有比全带波束形成器更好的主瓣频率不变性,更窄的主瓣宽度以及更低的旁瓣增益,而且可以大大降低硬件开销。 展开更多
关键词 恒定束宽波束形成器 阵元延迟线 子带滤波器组 约束最小二乘 归一化波动程度
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宽带MIMO雷达频率不变发射方向图快速综合方法
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作者 杨涛 苏涛 +1 位作者 张旺 朱文涛 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期499-503,共5页
多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达的波形分集能力带来了灵活的发射波束方向图设计方法。针对均匀线阵提出了一种基于频率不变波束形成法快速综合宽带MIMO雷达发射方向图的方法,该方法利用频率不变波束形成法求解... 多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达的波形分集能力带来了灵活的发射波束方向图设计方法。针对均匀线阵提出了一种基于频率不变波束形成法快速综合宽带MIMO雷达发射方向图的方法,该方法利用频率不变波束形成法求解宽带MIMO雷达发射波形的频谱,采用交替矩阵匹配法设计恒模的发射波形。与基于两级迭代的宽带方向图综合方法(wideband beampattern formation via iterative techniques,WBFIT)相比,该方法无需矩阵求逆且迭代次数明显减少,大大降低了计算复杂度。计算机仿真结果表明,该方法具有与WBFIT法相近的宽带方向图综合性能,计算时间只有WBFIT方法的10%左右。 展开更多
关键词 多输入多输出雷达 发射方向图综合 宽带 频率不变波束形成
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非均匀傅里叶变换频率不变波束形成方法 被引量:4
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作者 王冬霞 周城旭 +1 位作者 韩颖 孙福明 《信号处理》 CSCD 北大核心 2013年第6期691-696,共6页
频率不变波束形成是宽带阵列信号处理研究的重要内容之一。本文以麦克风阵列语音处理为研究对象,针对FIB低频处波束形成一致性不理想的问题,提出了一种基于非均匀傅里叶变换的频率不变波束形成方法。该方法采用非均匀采样来增加低频处... 频率不变波束形成是宽带阵列信号处理研究的重要内容之一。本文以麦克风阵列语音处理为研究对象,针对FIB低频处波束形成一致性不理想的问题,提出了一种基于非均匀傅里叶变换的频率不变波束形成方法。该方法采用非均匀采样来增加低频处的采样点数,构建符合非均匀傅里叶逆变换的范德蒙矩阵,再用优化对称窗函数对变换结果进行截取,得到空时滤波器。该方法不仅实现了低频段与期望波束响应近似的波束图,且降低了阵元数目。计算机仿真实验结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 频率不变波束形成 麦克风阵列 非均匀傅里叶变换 波束响应 空时滤波
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基于自适应加权约束最小二乘法的麦克风阵列稳健频率不变波束形成算法 被引量:4
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作者 郭业才 张宁 +1 位作者 吴礼福 孙心宇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第17期172-180,共9页
为了解决麦克风阵列通道失配时波束形成算法的稳健性问题,提出一种基于自适应加权约束最小二乘法的麦克风阵列稳健频率不变波束形成算法.该算法在分析无通道失配和通道失配时阵列模型特点基础上,深入研究了通道失配时约束最小二乘频率... 为了解决麦克风阵列通道失配时波束形成算法的稳健性问题,提出一种基于自适应加权约束最小二乘法的麦克风阵列稳健频率不变波束形成算法.该算法在分析无通道失配和通道失配时阵列模型特点基础上,深入研究了通道失配时约束最小二乘频率不变波束形成算法存在的问题及其产生的原因;将麦克风特性的概率密度函数作为稳健因子加入到约束最小二乘频率不变波束形成算法后,其频率不变性的稳健性得到了一定的提高,但稳健性仍较差.为了进一步提高约束最小二乘法频率不变波束形成算法的稳键性,通过定义代价函数中控制频率不变性的动态加权系数来调节旁瓣频谱能量,大大提高了频率不变波束形成算法的稳键性,将频率不变的频带范围内同一到达角度上不同频率所形成的阵列响应的最大值与最小值之比定义为波动误差,并作为比较本文算法与约束最小二乘稳健波束形成算法和minmax稳健波束形成算法在通道失配时频率不变性稳键性的评价指标.算法实例验证结果表明,在麦克风阵列通道失配时,本文算法的波动误差最小、频率不变波束形成稳健性最好,而且适用于任意结构的阵列. 展开更多
关键词 稳健波束形成 频率不变性 约束最小二乘法 麦克风阵列
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零陷可控的低旁瓣频率不变宽带波束形成 被引量:3
12
作者 张书瑞 马晓峰 +2 位作者 盛卫星 韩玉兵 张仁李 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1243-1249,共7页
在基本的傅里叶变换频率不变波束形成器(frequency invariant beamforming,FIB)的基础上,提出了快速可控零陷低旁瓣宽带FIB优化方法,该方法将固定角度方向图零陷约束和等波纹原型滤波器加入FIB的设计,实现了零陷可控的低旁瓣FIB。同时,... 在基本的傅里叶变换频率不变波束形成器(frequency invariant beamforming,FIB)的基础上,提出了快速可控零陷低旁瓣宽带FIB优化方法,该方法将固定角度方向图零陷约束和等波纹原型滤波器加入FIB的设计,实现了零陷可控的低旁瓣FIB。同时,还开展了FIB抽头系数的稀疏优化,有效的降低了算法实现的运算量。仿真结果验证了所提的方法在一维均匀线阵和二维均匀面阵上的正确性和有效性。 展开更多
关键词 频率不变波束形成 宽带波束形成 抗干扰零陷 低旁瓣
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基于凸优化的频率方向二维恒定束宽波束形成技术 被引量:3
13
作者 张文刚 王杰贵 樊甫华 《电子信息对抗技术》 2012年第6期67-72,共6页
针对传统波束的主瓣宽度会随波束指向和信号频率不同而变化,提出了一种基于凸优化的频率方向二维恒定束宽波束形成算法。该算法先采用非线性约束优化实现参考频点的方向不变恒定束宽,然后针对频带内各子带中心频率在每个指向上采用二阶... 针对传统波束的主瓣宽度会随波束指向和信号频率不同而变化,提出了一种基于凸优化的频率方向二维恒定束宽波束形成算法。该算法先采用非线性约束优化实现参考频点的方向不变恒定束宽,然后针对频带内各子带中心频率在每个指向上采用二阶锥约束,实现频率方向的二维恒定束宽。仿真结果表明,该算法能够在主波束指向±40°范围内有效地形成方向不变恒定束宽,同时在每个主波束指向上得到良好的频率不变恒定束宽波束图。 展开更多
关键词 波束形成 频率方向二维恒定束宽 凸优化 主瓣控制
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基于Bessel函数的频率不变波束形成器设计 被引量:1
14
作者 于红旗 刘剑 +1 位作者 黄知涛 周一宇 《通信对抗》 2007年第4期33-36,共4页
提出了一种波束宽度不随频率变化的波束形成方法。该方法只需要使用一个真实阵列,通过变换产生多个虚拟阵列的输出,每个虚拟阵列都与参考波束相近。该方法简单且易于实现,只需用传统的窄带阵列设计方法在参考频率下设计基阵来满足对... 提出了一种波束宽度不随频率变化的波束形成方法。该方法只需要使用一个真实阵列,通过变换产生多个虚拟阵列的输出,每个虚拟阵列都与参考波束相近。该方法简单且易于实现,只需用传统的窄带阵列设计方法在参考频率下设计基阵来满足对波束图的要求。仿真结果证明了方法的有效性。 展开更多
关键词 波束形成 阵列信号处理 宽带信号 BESSEL函数 频率不变波束形成器
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频率不变宽带波束形成权重系数的稀疏优化 被引量:1
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作者 张书瑞 马晓峰 +1 位作者 盛卫星 韩玉兵 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期274-282,共9页
在基本的傅里叶变换频率不变波束形成(FIB)基础上,从减少抽头权重系数数量,降低FIB运算量角度出发,提出基于最小l0范数的抽头权重系数稀疏优化模型,并采用正交匹配追踪(OMP)算法来求解该优化问题。在高增益、等波纹、低旁瓣FIB方向图的... 在基本的傅里叶变换频率不变波束形成(FIB)基础上,从减少抽头权重系数数量,降低FIB运算量角度出发,提出基于最小l0范数的抽头权重系数稀疏优化模型,并采用正交匹配追踪(OMP)算法来求解该优化问题。在高增益、等波纹、低旁瓣FIB方向图的要求下,所提出的优化方法使得稀疏率降低到3.53%,且能够保证稀疏优化后的方向图误差小于1%。接着进一步开展阵元数量的稀疏优化,有效地减少了阵元通道数,进一步降低了算法实现的硬件复杂度。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 相控阵 宽带信号处理 频率不变波束形成 稀疏优化 低复杂度
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