2015年l0月第41卷第10期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics0ctober2Ol5Vo1．41NO．10http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0778改进的基于本征滤波的时域宽带波束形成王剑书，樊养余，杜瑞，吕国云(西北工业大学电子信息学院，西安710129)摘要：为实现基于本征滤波宽带波束形成的频率不变性和零陷设计，提出一种改进的方法．基于最大能量阵列代价函数和主极大方向阵列响应线性约束构造的优化模型，将阵列空间响应偏差整合入代价函数，从而实现频率不变性的设计；提出了两种零陷设计的方法，将扩展旁瓣能量整合入代价函数和添加干扰方向阵列响应线性约束，构造两个新的约束优化模型，最后均由本征滤波的方法求解．仿真实验表明，该方法能在通带范围内实现指定角度范围内阵列响应的频率不变性和零陷效果，同时具有低旁瓣增益，验证了本文算法的有效性和良好性能．关键词：宽带波束形成；本征滤波；频率不变性；零陷；旁瓣中图分类号：TN911．7文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)10-1830-06波束形成是一种空间滤波技术，主要任务是通过传感器阵列接收特定方向的信号，同时抑制其他方向的信号(视为干扰信号或噪声)⋯．波束形成技术广泛应用于雷达、声呐、通信和地震学等领域．文献[1]提供了3种时域宽带固定波束形成的设计方法：凸优化法、最小二乘法和本征滤波(eigenfilter)的方法．基于本征滤波的波束形成算法，不需要逐步迭代优化，也可以避免最小二乘法中的大矩阵求逆运算，是一种高效的波束形成设计方法．本征滤波器的系数由一组特征向量的元素组成，该方法最早为设计数字滤波器提出，后来扩展到波束形成器的设计．Korompis等提出一种最大能量阵列代价函数，即通带能量与阻带能量之比，可以通过特征滤波法求其最大解，从而设计固定时域宽带波束形成器．2002年，Doclo和Moonen提出一种总体最小均方本征滤波方法，优化宽带阵列响应与参考响应的均方误差，构造波束形成器，2003年又提出远场、近场和两者混合的情况下基于本征滤波的宽带波束形成方法¨．文献[8—10]提出的本征滤波的波束形成方法的缺点是，未设计阵列响应的频率不变性和零陷．由于传统宽带波束形成的主瓣宽度随频率变化，当目标信号从主瓣方向但非主极大方向入射时，信号波束输出频谱就会失真，设计频率不变性可以解决这个问题，主瓣内保持频率不变性可以得到固定束宽波束形成器．近年来，国内外学者对波束形成器的频率不变性进行了深入的研究。。”．Liu和Weiss将阵列响应构造为与频率无关的二维傅里叶变换形式⋯，实现了频率不变性．Duan等提出了阵列空间响应偏差(SpatialResponseVariation，SRV)，Zhao等¨、范展和梁国龙¨、陈明建和罗景青¨分别使用SRV来获取波束形成的频率不变性．另外，随着应用环境越来越复杂，波束形成的零陷设计也尤为重要．范展和梁国龙在基于凸优化的宽带波束形成方法中，收稿15t期：2014—12-11；录用日期：2015-01．12；网络出版时间：2015-02．2515：32网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．201502251532．006．html作者简介：王剑书(1989一)，男，四川I南充人，博士研究生，565563085@163．com通讯作者：樊养余(196O一)，男，陕西西安人，fan—yangyu@sina．cotll，主要研究方向为图像处理、信号处理、虚拟现实技术等．引用格式：I蓟书，樊养余桂瑞，等．改进的基f本征滤波的对域宽带波柬形成eJ]．北京航空航天大学学报．2015．41(io1：18301835WangJS，FanYY，DuR，eta1．Improvedeigenfilter—basedtime．domainwidebandbeamforminfl1ljoumalBeijinUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(1O)：1830．1835r抽Chinese)．第10期王剑书，等：改进的基于本征滤波的时域宽带波束形成1831对不等式约束的干扰方向进行展宽，获得了展宽零陷的效果¨．为实现基于本征滤波波束形成的频率不变性和零陷设计，本文提出了基于最大能量阵列代价函数和本征滤波的波束形成的改进方法．首先将SRV整合入最大能量阵列代价函数，以获取频率不变性；然后使用提供的...
