mvdr自適應(yīng)波束形成算法研究

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1、23MVDR自適應(yīng)波束形成算法研究MVDR自適應(yīng)波束形成算法研究摘要波束形成技術(shù)和信號(hào)空間波數(shù)譜估計(jì)是自由空間信號(hào)陣列處理的兩個(gè)主要研究方面。MVDR是一種基于最大信干噪比（SINR）準(zhǔn)則的自適應(yīng)波束形成算法。MVDR算法可以自適應(yīng)的使陣列輸出在期望方向上功率最小同時(shí)信干噪比最大。將其應(yīng)用于空間波數(shù)譜估計(jì)上可以在很大程度上提高分辨率和噪聲抑制性能。本文將在深入分析MVDR算法原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真和海上試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，分析了MVDR算法在高分辨率空間波數(shù)譜估計(jì)應(yīng)用中的性能。同時(shí)通過(guò)比較對(duì)角加載前

2、后的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，分析對(duì)角加載對(duì)MVDR的改進(jìn)效果。關(guān)鍵詞：波束形成；空間波數(shù)譜估計(jì)；MVDR；對(duì)角加載23MVDR自適應(yīng)波束形成算法研究StudyofMVDRSelf-adaptingBeam-formingAlgorismAbstractBeamformingtechnologyandsignalspecialbeam-numberspectralestimationarethetwomajorresearchingemphasisinarraysignalprocessing.MVDRisaself

3、-adaptingalgorismbasedonthemaximalSINRprinciple.Itcanself-adaptinglymakethearrayoutputreachmaximumontheexpecteddirectionwiththelowestSINR.Applyingthisalgorismtospecialbeam-numberspectralestimationcantogreatextentincreasetheresolutionandtheinhibitioncapabi

4、lity.ThispapermakesafurtheranalysisofMVDRalgorismwiththeresultofcomputeremulationandtheprocessingofexperimentaldata.Furthermore,thispaperalsoshowstheimprovementofdiagonal-loadingtechnologytoMVERalgorism.Keywords:Beam-forming；SpatialWave-numberspectralesti

5、mation；MVDR；Diagonalloading23MVDR自適應(yīng)波束形成算法研究目錄1．引言22．MVDR自適應(yīng)波束形成算法原理22．1MVDR權(quán)矢量22．2協(xié)方差矩陣估計(jì)42．3MVDR性能分析52．4MVDR算法在空間波數(shù)譜估計(jì)中的應(yīng)用6仿真實(shí)驗(yàn)16仿真實(shí)驗(yàn)27應(yīng)用實(shí)例173．MVDR性能改善93．1快拍數(shù)不足對(duì)MVDR算法的影響9仿真實(shí)驗(yàn)3113．2對(duì)角加載12仿真實(shí)驗(yàn)4133．3替代的誤差分析14仿真實(shí)驗(yàn)5153．4對(duì)角加載應(yīng)用實(shí)例16應(yīng)用實(shí)例216總結(jié)19參考文獻(xiàn)2023MVDR自適應(yīng)波

6、束形成算法研究一．引言MVDR（MinimumVarianceDistortionlessResponse）是Capon于1967年提出的一種自適應(yīng)的空間波數(shù)譜估計(jì)算法。通過(guò)MVDR算法得到的權(quán)系數(shù)可以使在期望方向上的陣列輸出功率最小，同時(shí)信干噪比最大。與CBF相比，MVDR算法在很大程度上提高了波數(shù)譜估計(jì)的分辨率，有效的抑制了干擾和噪聲。MVDR算法采用了自適應(yīng)波束形成中常用的采樣矩陣求逆(SMI)算法，該算法具有較快的信干噪比意義下的收斂速度。SMI算法只用較少的采樣數(shù)據(jù)(快拍數(shù))就能保證權(quán)系數(shù)收斂。

7、然而，當(dāng)快拍數(shù)較少時(shí)，波束響應(yīng)的主旁瓣比往往達(dá)不到有求，波束圖發(fā)生畸變。為了能在較少快拍數(shù)下得到符合要求的波束相應(yīng)圖，Carlson提出了對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行對(duì)角加載的算法。通過(guò)對(duì)角加載可以有效降低由快拍數(shù)不足造成的協(xié)方差矩陣小特征值的擾動(dòng)，從而避免了由此產(chǎn)生的波束相應(yīng)圖畸變。本文的主要工作是：分析MVDR算法以及對(duì)角加載技術(shù)的基本原理，對(duì)MVDR算法在快拍數(shù)不足和高信噪比的情況下發(fā)生畸變的原因進(jìn)行討論。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)給出MVDR算法相對(duì)于CBF在波束形成和空間波數(shù)譜估計(jì)應(yīng)用中的改善效果，同時(shí)給出對(duì)角加載技術(shù)對(duì)

8、MVDR算法的改善效果。通過(guò)對(duì)海上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理給出MVDR算法的幾組應(yīng)用實(shí)例，根據(jù)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)一步分析MVDR相對(duì)于CBF的性能特點(diǎn)以及對(duì)角加載對(duì)MVDR算法的改善效果。二．MVDR自適應(yīng)波束形成算法原理2.1MVDR權(quán)矢量加權(quán)后的陣列輸出可以表示為：（2.1.1）其中，Y為陣列的輸出幅值，為權(quán)矢量，23MVDR自適應(yīng)波束形成算法研究為個(gè)陣元的輸出矢量。在一般情況下，陣元輸出矢量被認(rèn)為是入射信號(hào)和噪聲加方向性干擾的疊加。因此，