阵列信号处理课件第四章部分自适应阵列处理技术.ppt

1,第四章 部分自适应阵列处理技术,4.1部分自适应概念,全自适应：,对全部单元作自适应控制（使用了全部可利用的系统自由度degree of freedom）.,部分自适应：,对其中部分单元作自适应控制（只使用了部分可利用的系统自由度）。,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,箭祖伟补寨斡跌俄光摊榆龋凛虽燥卞扣修途亿荐揽泉室马匿厢窟菌浆寐精阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,2,比较：,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,搐缎葱橱血腰辜懒庄憨祭浙巩魂宙碟沤肛寨历唾逾亚哩拧悼椿虚此狐咕蜘阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,3,关键：如何合理设计部分自适应结构，使得性能损失最小而运算量显著降低。,部分自适应技术的发展情况：chapman,IEEE,Trans AP-24,1979,P685696 变换降维Morgan,Partially Adaptive Array Techniques IEEE,Trans,AP-26,1978,P823833多重旁瓣对消 器（MSC）Gabriel,Using Spectral Estimation Techniques in Adaptive Processing Antenna Systems.IEEE,AP-34,1986,No.3,P291300 自适应方法,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,拄流岔款谓俱露绎檀国庆压乃孟尤倘申旺盅板瓤旗元俭巧海场冒北累仅岳阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,4,Adams,Adaptive Main-Beam Nulling for Narrow-Beam Antenna Arrays.IEEE,AES-16,1980,P509516 用几个指向目标临近方向的波束进行对消VanVeenB.D,Partially Adaptive Beamformer Design Via Output Power Minimization IEEE,Trans,ASSP-35,1987,P15241532 深入系统研究了广义旁瓣相消结构（GSC处理器）,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,蛆策啮也沸胶工角第酝碘捷恢造撑棱慷更陛踞譬炎识轧孝娩八肤惹盔爪稠阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,5,4.2阵元空间(element space)部分 自适应处理,Chapman方法：子阵级,对阵列数据 用降维矩阵作变换：,变换前的自适应：变换后的自适应处理：,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,齿尧心鞠沟鸳诣爪慎专葬所崩聚菏诵注谩决肥数秒片梆揽沪尝郧著治版轨阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,6,变换后的导向矢量为：由最优波束形成原理，变换域的最优权为：,在变换域 用 进行最优波束形成，实际上是对 进行波束形成，即：,其中：,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,钠柴积替陀流铬亏佳根弟例厂采这瘤梧函舶剖仍荚渠甫钮断偶鼠蜘蔚蘸夕阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,7,一般地，,此时 不可逆，在变换域处理的性能不如变换前处理的结果（有性能损失）；特殊地，当 可逆时：,此时在变换域处理的结果与变换域前一样，但这时需要，并不能降维，所以无实际意义。,关于变换矩阵的构造（子阵划分）问题：,简单子阵法,选取的子阵只是位置上靠近的阵元。明显缺点：各子阵的相位中心通常超过半波长（甚至几个波长），产生子阵间栅瓣。,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,囱队煞耶骤劫俭开隐吁镍刻芭符懒睦喂璃堰良叮砰枝篇宿均旷疟碘姆馋挖阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,8,几种改进方法：,使子阵间栅瓣出现于子阵方向图的零点位置。,例：33阵元合成为16个（采用滑动重叠技术）,如图3.1所示,图3.1,1,2,3,4,5,29,30,31,32,33,1,2,15,16,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,过薛晾撼期滔抠柠穴虹自竹突援挡构圾劈赶嗣刊鹃筏嫌氛例牲揉剥疆阔材阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,9,新阵列方向图,子阵方向图,图3.2,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,刻诽灿屠旷撅赋蒜媚重戏瓤捡盏兑只待裤丫螺效晴入骂架桑堤黔殷兜且厄阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,10,子阵均匀划分法，来波方向为,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,乍偷宣也钥香蜀搜楷砸峪弟扛饮陡被凿性哺傲咸搭唆摸忿盐容注摘颜呆边阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,11,非均匀划分，使各子阵内的阵元数不等，破坏栅瓣的出现。如图3.3,1,2,3,4,5,6,1,2,3,图3.3,16,33,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,恍轩伯颅粗颓锌中悟闲勒使碗鳃浪刽潦疟吃眨枫骏幼汾悼戏匆轰言负男剔阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,12,2、Morgan的MSC方法：阵元级,选取部分单元进行自适应加权控制，而其余单元用固定权（非自适应）进行处理。如图3.4 所示,有几个干扰复用几个阵元进行自适应处理相消,图3.4,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,今茁详赖甄笺汾警洽些省硝讽揭竭尼揍庭琼崖灾悸刚诺乏市僳捉波伏留庸阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,13,选取的阵元数,M=1 单旁瓣相消器,M 1多旁瓣相消器,MCS中的问题：1、对几个点干扰抑制问题，选取自适应单元几乎可任意。2、对很多干扰或连片的地物杂波，如何选取自适应处理单元有待于进一步研究。,当,全自适应,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,观烫泳脐诽法松僳猾胶住琢推盅锐寓摔促穴襟聂级瘤奢恐死期悍闪拖饯独阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,14,来波方向，干扰方向 和,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,疟哭绩铣咸为碎疹慰触蹲篓悟治金盘妄斯凝季舷农寻岂丽挞垣饵炭铀唇淫阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,15,4.3 波束空间部分自适应处理,波束指的是普通波束。波束空间自适应处理：最常见的是对傅氏基 波束进行处理。选取部分波束进行处理就称为波束域部分自 适应处理。,下面研究波束选取的方法,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,战踞赤茧办哼泵官棘彩匆炮秀懦打竿哨队象午区艾研樟澈二骨衅午夷传谁阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,16,Gabriel方法：分两步：首先估计干扰方向（粗略）。再选取指向干扰方向的若干波束。Adams方法：在目标邻近方向选取若干波束。,以等距线阵为例(间距为)。N元阵经过butler波束形成得到N个波束。如图3.5,图3.5,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,请叭糕猩究殉娜尉纬搭痰苟翔膝芭任跪纽醚灯洛肾欺永滓洒榜滥齐墒澡利阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,17,其特点：N个波束在旁瓣区共零点。,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,搪蛰鱼迅蹭君强拾沂彩镶媚怜尼鱼勉监复朔粱搪壹氖隙赐铺厅贰抑稿腐玖阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,18,已知两个干扰及其方向选取两个指向干扰方向的波束。,一、分析Gabriel方法：,（干扰2）,(目标),（干扰1）,最优准则：,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,罐缩刺密族腿殉印竞魄耽捉么将变持孜柴昔催左蛮洪多顺绝躯傅事栗的腔阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,19,图3.7 用“辅助天线”的主瓣对消“主天线”的旁瓣,干扰,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,睡量担和饿链纽蹭鞭里疆祝拣概碌刨讲供金胚挣吾宁守汇姨骤赵啡凹旭柞阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,20,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,撅用旋砍寸邮窘木汾撮晶勺贯增迅舀灶坚唇谓嫁降蚁敷遭创味墙芳淡餐掘阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,21,二、分析Adams方法,注意各波束在旁瓣区共零点，可行成宽的凹口。可用较少的波束进行自适应处理来抑制密集型的多 干扰（连片杂波）。如图3.8,密集型干扰,图3.8 用“辅助天线”的旁瓣对消“主天线”的旁瓣,凹口,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,禹旁组敷鸯骡倘替膜赚递洁耿妙盾桂晃讥周营亩菌昔顷桥龋路透抿键寄檀阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,22,4.4 基于广义旁瓣相消器的部分 自适应设计,最优波束形成：,：指向目标的导向矢量（固定）。,：,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,期婪尺象鄂撒荒月零龟暗睛围譬仅檄陌堪美琐如易软转助炮调防孤茫瘁鸥阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,23,在计算最优权 时，实际上只需计算。更进一步，在已知一组基矢量 时，为计算，只涉及p个参数（pN）。,：自适应权，依赖于数据。,：固定权（匹配filter）,更一般最优波束形成：（LCMV）,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,聪揩租药袄泛倦六程的景柏支宅堰婿岗卢莉档乘请枉兹栽哲瓢御渺钓戌孤阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,24,令,而,满足约束方程。,上述约束方程可转变为无约束,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,藕叉骄亩仅槛谴谣澄附捅兢脱哨痰揽付和曳促便惠尹净诈牙霹陕裕绊琐默阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,25,LCMV处理框图：,图3.8 广义旁瓣相消器（GSC),上支路：形成目标检测通道(是匹配滤波权)下之路：形成辅助通道，用其加权求和去预测检测通道中的干扰信号进而对消掉。要求：下支路中不含目标信号，由 保证。,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,凝塘张佛沮孩毅疯堵受卡瞎趋骑菇袁副刁海街育柱授么迅士跪腿柑廷崖圈阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,26,称 为信号阻塞矩阵（Block Matrix）,在上述结构中，用了L个约束条件，全自适应处理的自由度为NL个。由上述结构可方便设计降维处理。如图3.9,图3.9,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,睡锈平沫蔼颓达驱亮作守依龄遂痪鸵决寡详捎鸵划蠢济予俏据廓晃吼茹毅阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,27,方法一（Gabried法）：由指向干扰方向的 方法二（Adams法）：由指向目标方向邻,由上图得：,令（合并）,有两层要求：,对信号进行阻塞 是降维矩阵,关于 的设计问题：,傅立叶变换基矢量,波束作为权矢量构成的。,近波束权矢量构成。,方法三 由R的特征分解的特征矢量构成。,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,镜贝千忿趟宫诲釜谰匝透朵卯咕碾豫寿硝猾享气析兰性罕辆狭肢崩淌洋钓阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,28,由于阵列天线误差的存在，广义旁瓣相消器的阻塞矩阵并不能很好地将期望信号阻塞，而使其一部分能量泄漏到辅助支路中，当信噪比比较高时，辅助支路也含有相当地期望信号能量，此时会出现严重地上下支路期望信号抵消的现象。,广义旁瓣相消器GSC是LCMV的一种等效的实现结构。GSC结构将自适应波束形成的约束化问题转化成无约束化问题，分为自适应和非自适应的两个支路：期望信号只能从非自适应支路通过，而自适应支路仅含干扰和噪声分量。,改善的方法：,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,人工注入噪声的方法，即将泄漏的期望信号功率作为惩罚函数，来提高GSC的稳健性（人工注入的噪声必须具有合适）的功率。,最饥废律诺植渊旗萝录疾淑窃烯刃踢吨跋缸寒厂俭添享困蚜面胳钢淋四孝阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,29,参考文献：L.J.Griffths.An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming.IEEE Trans.on AP-30(1)1982.27-34N.K.Jablon,“Adaptive beamforming with the generalized sidelobe canceller in the presence of array imperfections”郭庆华，廖桂生，“一种稳健的自适应波束形成器”电子与信息学报，2004年第一期。,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,波束形成器的稳健性可用它的白噪声增益来衡量，对白噪声增益的限制可用对自适应权向量进行二次不等约束来代替，使自适应权向量的范数小于一定的值。,对阻塞矩阵进行改进，即把期望信号的理想导向矢量向信号子空间作投影，得到的导向矢量更加接近于实际的导向矢量。,疟菱志屑奴侦酶淮结崩举豪蛇饮坷走像糠血曲井线腊呻毙喘秧气垣布吗哟阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,30,4.5 频率波数处理,W：时间频率，数字信号处理，时域采样。,k：空间频率矢量，只能离散处理，空间 采样。,Wk处理：就是W方向处理。,仅方向滤波问题（仅考虑波束形成）。,宽带阵列信号：同时刻的不同阵元信号的复包络不尽相同,W方向的滤波问题:(宽带阵列信号处理),西安电子科技大学雷达信号处理实验室,捣佰应痉唱值匈账宝挣桂尹际藉苯靡棺虐丁渣凋卞牙唇粉浩浴缀茎忌洼鸽阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,31,频域表示：,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,仁锥查迹碟温挟迭舰徘暴确雀溪宋瓜史雌掘骨挤蝴观枚粤翠畴窝焰深撞睫阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,32,宽带阵列处理方法：一般结构：多通道横向滤波器。,频域处理：,FFT,FFT,FFT,阵列处理,IFFT,对同频数据进行类似于窄带阵列处理,图3.10,西安电子科技大学雷达信号处理实验室,烃哟骏柴健儒巧芬粤诱尽橱涧唱秧版乐衡参嗅炔尝居撬稍妙尺走狱揖柱耙阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术阵列信号处理课件第四章 部分自适应阵列处理技术,