频率不变宽带波束形成权重系数的稀疏优化.pdf

《频率不变宽带波束形成权重系数的稀疏优化.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252017VoI．38No．7SSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．eduCRhkxb@buaaedu．crl频率不变宽带波束形成权重系数的稀疏优化张书瑞，马晓峰*，盛卫星，韩玉兵南京理工大学电子工程与光电技术学院，南京210094摘要：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l。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)

2、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。关键词：相控阵；宽带信号处理；频率不变波束形成；稀疏优化；低复杂度中图分类号：TN958．92文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)07—320794—09在雷达、通信、成像等领域中，系统宽带化和一体化是发展趋势。宽带雷达具有更强的抗干扰能力和

3、更高的距离分辨率，可以获取更多的目标特征信息，同时，宽带系统也有利于雷达、通信和成像系统的多功能一体化集成。因此，宽带数字阵列天线的需求越来越迫切[1。5]，开展低成本高效宽带数字波束形成技术的研究具有十分重要的理论价值和现实意义[6。]。空时联合优化结构常用于宽带阵列信号处理，这类方法所需的空时二维系数规模较大，迭代收敛速度慢，且单次迭代运算复杂。另外，空时联合优化方法需要预延时结构来实现波束指向控制，无论在模拟域还是数字域，延时误差均是不可避免的，这会造成宽带波束形成性能的严重下降[1“11]。空频联合优化方法也是宽带自适应阵列信号处理

4、的主要研究方向[6,123，由于这类方法将时域信号转换到变换域上，再进行自适应阵列信号处理，计算量较大。频域不变波束形成(FrequencyInvariantBeamforming，FIB)能够有效地解决宽带波束形成频率不一致的问题，所以FIB是近年来宽带波束形成的研究热点。文献[6，13—143提出了基于傅里叶变换的均匀线阵FIB，该结构与空时联合优化技术所采用的抽头延时结构相同，抽头权重系数的求解只需离散傅立叶逆变换(InverseDis—creteFourierTransform，IDFT)和加窗处理即可。该方法实现简单，并且能够推广

5、到多维阵列。文献[15]提出了基于子带分解的FIB，该方法将通带范围内的信号分解为相应子带进行窄带波束形成，然后利用最小二乘法实现FIB，由于该方法要进行信号子带分解，增加了计算复杂度。文献E16]利用最小二乘(LeastSquares，LS)、线性约束(ConstrainedLeastSquares，CLS)、无约束(UnconstrainedLeastSquares，ULS)和整体约束(ConstrainedTotalLeastSquares，CTLS)准则来计算FIB抽头权重系数。在不同准则约束收稿日期：2016-09-18；退修日期

6、：2016—12—13；录用日期：2017—01．17：网络出版时间：2017．01-1908：27网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V20170119．0827002．html基金项目：国家自然科学基金(61401207)；上海航天基金重点项目(SAST201437)；江苏省研究生培养创新工程(KYZZl6—0187)*通讯作者．E-mail：maxiaofeng@njustedu．cn戮用裕武t张书瑞．马晓峰．盛卫星，等频率不变宽带渡柬形戒权重系数的稀疏优化!JI．航空学报．2017．38(

7、7)：320794iZHANGSR，MAXF，SHENGWX，etalSparseoptimizationforweightcoefficientofwidebandfrequencyinvariantbeamforming(J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2017，38(7)：320794320794．1航空学报下，优化目标均为不同频点方向图与参考频点方向图的均方误差最小。这些准则的优化目标直接，但得到的FIB方向图性能和选取参考方向图有很大的关系，计算复杂度较高；若要实现高增益、等波纹、低旁

8、瓣等高要求的FIB方向图，权重计算复杂度会进一步提高，方向图的频域一致性也会恶化。针对FIB的零陷干扰抑制问题，文献[17]利用固定角度方向零陷约束和等波纹原型滤波器，实现了零陷