基于凸优化的稳健接收波束形成

论文摘要

接收波束形成作为阵列信号处理的重要组成部分,已广泛应用于雷达、声纳、无线通信等领域。它的主要任务是通过空域滤波尽可能地提取信号,同时最大限度地抑制干扰和噪声。本论文从传统的Capon波束形成出发,主要总结了一些稳健接收波束形成方法,提出并验证了基于知识的稳健Capon波束形成方法,本论文的主要内容如下:第一章主要介绍有关凸优化的一些背景和接收波束形成的发展动态以及国外研究现状,最后是全文的主要内容。第二章主要介绍有关凸优化的基础理论,回顾了凸集,凸函数和凸优化等基本概念,然后介绍了优化问题的等价变换方法,Lagrange对偶理论和凸优化的一些重要子类,这些理论都将作为本文的基础,在后续章节中反复被用到。第三章主要介绍了Capon波束形成的三种描述形式:空域滤波,协方差拟合和广义旁瓣对消Capon波束形成,证明了它们之间的等价关系,并且在Pisarenko框架下,进一步研究了一些空间谱估计器。第四章主要总结了失配模型下的稳健Capon波束形成。总结了模型失配和少观测数据下的稳健Capon波束形成方法。其中,总结了两类方法,一类是优化最不利情况下的信号与干扰加噪声比,重点在于信号波形的精确估计;另一类是协方差拟合框架下的信号方向向量估计,重点在于精确估计信号功率。这两类方法都属于对角加载方法,但是与传统的固定系数对角加载相比,它们克服了传统的固定系数对角加载中有关加载系数选择的困难,在一定的失配模型下,在相应准则下是最优的。第五章首先介绍空时自适应处理中一种协方差矩阵的估计方法,该方法在最小均方意义下,融合先验协方差矩阵和样本协方差矩阵,通过该方法可以得到一个增强的协方差矩阵的估计,基于该估计,本章提出基于知识的稳健Capon波束形成方法,并且通过仿真验证它的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 凸优化简介
• 1.2 接收波束形成
• 1.2.1 接收波束形成的研究背景和意义
• 1.2.2 接收波束形成国外研究现状简介
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 凸优化基础
• 2.1 基本概念
• 2.2 等价问题
• 2.3 Lagrange 对偶理论
• 2.4 凸优化子类
• 第三章 Capon 波束形成的等价描述
• 3.1 问题描述
• 3.2 空域滤波Capon 波束形成
• 3.3 协方差拟合Capon 波束形成
• 3.4 广义旁瓣对消Capon 波束形成
• 3.5 实验仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 失配模型下的稳健Capon 波束形成
• 4.1 空域滤波稳健Capon 波束形成
• 4.1.1 秩一信号模型
• 4.1.2 数据非平稳下的稳健波束形成
• 4.1.3 多秩模型
• 4.2 协方差拟合稳健Capon 波束形成
• 4.2.1 非退化椭圆约束稳健Capon 波束形成
• 4.2.2 平坦椭圆约束稳健Capon 波束形成
• 4.2.3 双约束稳健Capon 波束形成
• 4.3 实验仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于知识的稳健Capon 波束形成
• 5.1 协方差矩阵估计
• 5.1.1 凸组合形式下的协方差矩阵估计
• 5.1.2 非负线性组合形式下的协方差矩阵估计
• 5.2 基于知识的稳健Capon 波束形成
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果