《基於稀疏子陣採樣的大型陣列自適應波束形成技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由於雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於稀疏子陣採樣的大型陣列自適應波束形成技術研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：於雷
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大型陣列自適應波束形成技術在大型相控陣雷達、大規模MIMO通信系統等國防與民用工程領域具有越來越重要的套用。已有的大型陣列自適應波束形成方法大都具有系統硬體成本高、計算量大、自由度大幅降低等不足之處。一種新的基於稀疏子陣採樣的方法可以在大幅度降低系統硬體成本的同時保持大型陣列具有的高自由度不變。本項目針對基於稀疏子陣採樣的大型陣列自適應波束形成技術的特點，在稀疏採樣子陣最佳化選擇、高維協方差矩陣重構方法改進、高自由度穩健自適應波束形成算法設計等方面進行深入研究，可望進一步提升大型陣列自適應波束形成系統的性能。項目研究成果將為基於稀疏子陣採樣的大型陣列自適應波束形成技術在相關實際工程領域的套用提供理論依據和關鍵技術支持，並為相關大型陣列信號處理的理論與套用研究提供新的思路和方法。
結題摘要
自適應波束形成在雷達、通信、導航、聲吶、醫學成像、語音信號處理以及地震監測、射電天文學等諸多領域有廣泛套用。隨著套用需求的提升，系統的發射和接收陣列中天線或感測器的數量越來越多，具有高自由度的大規模陣列的套用越來越廣泛，如大型相控陣雷達、大型MIMO通信系統等。在大規模陣列中採用傳統自適應數字波束形成算法帶來硬體成本高、計算資源消耗劇增等問題。本項目研究的基於稀疏子陣採樣的自適應波束形成方法可以在大幅度降低系統軟體和硬體成本的同時保持大型陣列具有的高自由度不變。 主要研究內容包括：基於稀疏子陣採樣的大規模陣列自適應波束形成算法架構、稀疏子陣陣型選擇和陣元個數最佳化、多種協方差矩陣重構方法、多種穩健自適應波束形成算法、以及基於一維和二維陣的採用稀疏子陣採樣的自適應波束形成方法等。重要成果包括：建立了基於稀疏子陣採樣的大規模陣列自適應波束形成算法架構，主要包含子陣採樣、協方差矩陣重構、最優穩健加權係數計算等過程；對多種稀疏陣列的特性和陣元選擇及最佳化方法進行和深入研究，並對結果進行了比較分析，考慮的稀疏陣型包括：最小冗餘陣、嵌套陣、互質陣以及嵌套和互質複合陣等；實現了多種協方差矩陣重構方法，如對應元素替換法、重複元素平均替換法、基於壓縮感知的方法等；實現了多種經典計算最優自適應加權係數的穩健算法的基礎上提出新的算法，如基於導向矢量估計和重構的算法、基於零陷最佳化的算法等；在對一維陣列深入研究的基礎上，擴展到二維平面陣列，對面陣的稀疏子陣採樣自適應波束形成方法也進行了研究。 所取得的研究成果可套用於採用大規模陣列的探測和通信系統中，如大型相控陣雷達系統、大型MIMO通信系統等，提升這些系統的自適應波束形成性能、降低計算量、節約軟體和硬體成本。
