声矢量阵自适应抵消稳健波束形成算法

梁国龙, 陶凯, 范展

(哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001)

自适应波束形成技术能自适应地在干扰信号的方向形成零点，是阵列信号处理中一项广泛应用的关键技术，如雷达、声呐、无线通信、语音处理等领域。传统的自适应波束形成要求用于估计协方差矩阵的数据中不包含期望信号，这在很多应用场合无法满足。当协方差矩阵中包含期望信号时，由于各种误差的存在导致期望信号的导向矢量与预定方向不匹配，波束形成器的性能严重下降。近年来，稳健性成为了设计自适应波束形成器的重要指标[1-5]。Cox等人和Carlson提出了对角加载的方法对协方差矩阵进行修正[1-2]，但是加载量的大小难以确定。Li Jian和Petre Stoica等人提出了基于导向矢量不确定集选取参数的稳健波束形成(RCB)[3]，通过约束导向矢量误差范数的上界，从而计算出合适的对角加载量，但在高信噪比情况下得到的对角加载量较大，导致干扰抑制能力降低。考虑到接收数据协方差矩阵中包含期望信号是导致自适应波束形成稳健性差的主要原因，另一条思路是从协方差矩阵中消去期望信号成分[4]。矢量水听器是一种新型的传感器，能同时拾取空间中共点的声压与振速信息，以之组成的声矢量阵较传统的声压阵具有更好的处理效果和更为丰富的处理手段[6-7],是近年来水声领域的研究热点[8-10]。本文基于声矢量阵阵元域的自适应抵消技术，提出了一种新的稳健自适应波束形成算法。……