一種增強零陷的穩(wěn)健Capon波束形成器設(shè)計

鄭義　陳方舟　馮超

摘 要：陣列天線因其分辨率高、增益強、方便控制等特點，在民用以及軍用通信、雷達、探測等領(lǐng)域的作用不言而喻。其中，自適應(yīng)波束形成技術(shù)是陣列天線信號處理的重要組成部分，本質(zhì)是空域濾波技術(shù)，可有效抑制干擾，定向控制波束方向，以充分發(fā)揮雷達性能。因此，設(shè)計一種增強零陷的穩(wěn)健Capon波束形成器，用于提升陣列天線在角度失配條件下的性能。通過重構(gòu)協(xié)方差矩陣預(yù)先估計導(dǎo)引矢量，引入零陷寬度，增強天線性能。經(jīng)經(jīng)仿真分析，該算法在角度失配條件下具備良好的性能。

關(guān)鍵詞：陣列天線;自適應(yīng)波束形成算法;協(xié)方差矩陣;空域濾波技術(shù);零陷寬度

中圖分類號：TN911.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0081-03

Design?of?Robust?Capon?Beamformer?with?Enhanced?Nulling

ZHENG?Yi1 CHEN?Fangzhou2 FENG?Chao1

（1.66133?Troops?of?the?Chinese?People's?Liberation?Army，Beijing?100041;2.Department?of?Aerospace?Systems?of?the?PLA?Strategic?Support?Force，Beijing?100089）

Abstract：?Due?to?its?high?resolution，?strong?gain，?and?convenient?control，?array?antennas?are?self-evident?in?the?fields?of?civil?and?military?communications，?radar，?and?detection.?Among?them，?the?adaptive?beamforming?technology?is?an?important?part?of?the?array?antenna?signal?processing.?The?essence?is?the?spatial?domain?filtering?technology，?which?can?effectively?suppress?the?interference?and?directionally?control?the?beam?direction?to?fully?exert?the?radar?performance.?Therefore，?a?robust?capon?beamforming?with?enhanced?nulling?is?designed?to?improve?the?performance?of?the?array?antenna?under?angular?mismatch?conditions.?The?steering?vector?is?estimated?in?advance?by?reconstructing?the?covariance?matrix，?and?the?null?width?is?introduced?to?enhance?the?antenna?performance.?After?simulation?analysis，?the?algorithm?has?good?performance?under?angle?mismatch?conditions.

Keywords：?array?antenna;adaptive?beamforming?algorithm;covariance?matrix;airspace?filtering?technique;width?of?the?depression

自適應(yīng)波束形成技術(shù)在無線電通信、雷達、聲吶等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[1，2]。傳統(tǒng)的自適應(yīng)波束形成方法，如標準的Capon波束形成器（standardcapon?beamformer，SCB），是通過自適應(yīng)地選擇加權(quán)向量來最小化陣列輸出功率，同時施加一個線性約束，以保證期望信號無失真。然而，Capon波束形成器的最優(yōu)性能是建立在采樣快拍數(shù)足夠多以及對期望信號導(dǎo)向矢量精確已知的前提之上。當快拍數(shù)較少時，Capon波束形成器會產(chǎn)生高旁瓣的波束響應(yīng)，降低陣列輸出信干噪比（signal?to?interference-plus-noise?ratio，SINR）并提高系統(tǒng)的虛警概率。存在角度失配時，Capon波束形成器會將期望信號誤當作干擾而抑制，嚴重削弱其波束形成性能[3，4]。常用的提高Capon波束形成器穩(wěn)健性的方法有對角加載方法和基于特征空間的方法等。對角加載可以在一定程度上提高Capon波束形成器的穩(wěn)健性，但在實際應(yīng)用中如何確定最優(yōu)加載量是一個難題。……