复杂干扰场景下的稳健自适应波束形成

doi:10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.01

系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (4): 941-949.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.04.01

• 电子技术 •

复杂干扰场景下的稳健自适应波束形成

沈季, 万显荣, 易建新, 刘燕, 程丰

武汉大学电子信息学院, 湖北武汉 430072

收稿日期:2022-03-23 出版日期:2023-03-29 发布日期:2023-03-28
通讯作者: 万显荣
作者简介:沈季(1994—), 男, 博士研究生, 主要研究方向为外辐射源雷达信号处理、阵列信号处理
万显荣(1975—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为新体制雷达设计, 如外辐射源雷达、高频雷达系统及信号处理
易建新(1989—), 男, 副教授, 博士后, 主要研究方向为雷达信号处理、目标跟踪和信息融合
刘燕(1993—), 女, 博士研究生, 主要研究方向为雷达通信一体化波形设计
程丰(1975—), 男, 副教授, 博士, 主要研究方向为雷达信号处理

Robust adaptive beamforming in complex interference scenarios

Ji SHEN, Xianrong WAN, Jianxin YI, Yan LIU, Feng CHENG

School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430072, China

Received:2022-03-23 Online:2023-03-29 Published:2023-03-28
Contact: Xianrong WAN

摘要/Abstract

摘要：

针对复杂电磁环境中最小方差无畸变响应及干扰加噪声协方差矩阵重构波束形成器输出信干噪比下降的问题, 本文基于均匀圆阵(uniform circular array, UCA)提出了一种适用于该场景的稳健自适应波束形成算法。所提算法利用稀疏重构技术得到的谱函数构造和改进干扰抑制矩阵, 使其在干扰方位产生宽零陷, 提高了算法的稳定性。考虑到UCA存在副瓣电平高及空间非均匀采样问题, 利用二阶约束优化准则抑制UCA副瓣, 使得所提算法在抑制干扰的同时具有较低的波束副瓣。当UCA半径选择合适时, 所提算法的性能与最优波束形成器接近, 仿真验证了所提算法的有效性。

关键词: 自适应波束形成, 均匀圆阵, 干扰抑制, 信干噪比, 宽零陷

Abstract:

In a complex electromagnetic environment, the output signal to interference plus noise ratio of the minimum variance distortionless response beamformer and the interference-plus-noise covariance matrix reconstruction beamformer decrease a lot. To solve this problem, a robust adaptive beamforming algorithm based on the uniform circular array (UCA) is proposed. The proposed algorithm constructs and improves the interference suppression matrix based on the spectral function obtained by the sparse reconstruction technique to produce wide null at the interference direction, which effectively improves the stability of the algorithm. Considering the high sidelobes level and spatial non-uniform sampling in UCA, the second-order constrained optimization criterion is adopted to suppress the UCA sidelobes, so that the proposed algorithm has low sidelobes while effectively suppressing interferences. When the radius of the UCA is selected appropriately, the performance of the proposed algorithm is comparable to that of the optimal beamformer. The effectiveness of the proposed algorithm is verified through simulations.

Key words: adaptive beamforming, uniform circular array (UCA), interference suppression, signal to interference plus noise ratio (SINR), wide null

中图分类号:

TN959.73

沈季, 万显荣, 易建新, 刘燕, 程丰. 复杂干扰场景下的稳健自适应波束形成[J]. 系统工程与电子技术, 2023, 45(4): 941-949.

Ji SHEN, Xianrong WAN, Jianxin YI, Yan LIU, Feng CHENG. Robust adaptive beamforming in complex interference scenarios[J]. Systems Engineering and Electronics, 2023, 45(4): 941-949.

图/表 5

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信号	参数
信号	SNR/dB	方位角/(°)
s₁	40	180
s₂	30	15
g₁	55	60
g₂	40	120
g₃	30	235
e₁	40	280
e₂	35	330

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Robust adaptive beamforming in complex interference scenarios

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