第四章部分自适应阵列处理技术精品资料
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TH RXT
5
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
变换后的导向矢量为：aT 0 T H a0
由最优波束形成原理，变换域的最优权为：
1
W T ,opt RY aT 0
(T H RX T )1T H a 0
在变换域 Y 用 W T ,opt 进行最优波束形成，实际上
是对 X 进行波束形成，即：
2. Morgan,Partially Adaptive Array Techniques IEEE,Trans,AP-26,1978,P823~833多重旁瓣对消 器（MSC）
3. Gabriel, Using Spectral Estimation Techniques in Adaptive Processing Antenna Systems.IEEE,AP34,1986,No.3,P291~300 自适应方法
第四章 部分自适应阵列处理技术
§4.1部分自适应概念
全自适应： 对全部单元作自适应控制（使 用了全部可利用的系统自由度 degree of freedom）.
部分自适应：对其中部分单元作自适应控制 （只使用了部分可利用的系统 自由度）。
1
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
比较：
方式
全自适应
指标
自由度
3
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
4. Adams, Adaptive Main-Beam Nulling for NarrowBeam Antenna Arrays.IEEE,AES-16,1980,P509~516 用几个指向目标临近方向的波束进行对消
5. VanVeenB.D,Partially Adaptive Beamformer Design Via Output Power Minimization IEEE,Trans,ASSP-35,1987,P1524~1532 深入系统研究了广义旁瓣相消结构（GSC处理器）
2. Adams方法：在目标邻近方向选取若干波束。
以等距线阵为例(间距为 2 )。 N元阵经过butler波束形成得到N个波束。如图3.5
123
N
Butler矩阵
1 2 3
N
图3.5 16
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
其特点：N个波束在旁瓣区共零点。
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
一、分析Gabriel方法： 已知两个干扰及其方向 选取两个指向干扰方向的波束。
1 2 KN
选用取固部定分 权单 （元 非进 自行适自应适）应进加行权处控理。制，如而图其3.余4 所单示元
w1 w2 wK wN
w01 w02
有几个干扰复 用几个阵元进 行自适应处理 相消
mt
yt
图3.4
12
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
M=1 单旁瓣相消器
选取的阵元数 M >1多旁瓣相消器
4
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
§4.2阵元空间(element space)部分 自适应处理
1. Chapman方法：子阵级
对阵列数据 X 用降维矩阵作变换：
Y M 1 T H X N1
其中T NM , M N
变换前的自适应： W opt RX1a 0
变换后的自适应处理：
RY E Y tY H t E T H X t X H t T
d
t
W
Y H
T ,opt
t
W
T H
T ,opt
H
X
t
H
TW T ,opt X t
W H X t
其中：W TW T ,opt
6
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
一般地，T NM , M N ,此时 T 不可逆，在变换域处
理的性能不如变换前处理的结果（有性能损失）；
特殊地，当
T 可逆时：W T,opt
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
子阵均匀划分法，来波方向为 0 0 10
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
2) 非均匀划分，使各子阵内的阵元数不等，破坏栅 瓣的出现。如图3.3
12 3 4 5 6
33
1
2
3 16
图3.3
11
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
2、Morgan的MSC方法：阵元级
y0 t W0H xt (目标) y1 t W1H xt （干扰1） y2 t W2H xt （干扰2）
最优准则： et y t a1y1 t a2 y2 t
T
1
R
1
X
a
0
W TW T,opt RX1a 0 W opt
此时在变换域处理的结果与变换域前一样，但这 时需要 M N ，并不能降维，所以无实际意义。
➢关于变换矩阵的构造（子阵划分）问题：
简单子阵法 选取的子阵只是位置上靠近的阵元。 明显缺点：各子阵的相位中心通常超过半波长（甚 至几个波长），产生子阵间栅瓣。
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几种改进方法：
1) 使子阵间栅瓣出现于子阵方向图的零点位置。
例：33阵元合成为16个（采用滑动重叠技术）
如图3.1所示wenku.baidu.com(d )
2
1 23 4 5
29 30 31 32 33
d
2d
2d
1
2
15
16
图3.1
8
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
新阵列方向图
子阵方向图 图3.2
当 M N , 全自适应 MCS中的问题： 1 、对几个点干扰抑制问题，选取自适应单元 几乎可任意。 2 、对很多干扰或连片的地物杂波，如何选取 自适应处理单元有待于进一步研究。
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
来波方向0 30 ，干扰方向 1 0 和2 60 14
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
全部
运算量
大
收敛性
慢
性能 潜在性能高
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
部分自适应
部分 小 快
使用性好（与理论极限 性能相比有损失）
2
关键： 如何合理设计部分自适应结构，使得性能损 失最小而运算量显著降低。
部分自适应技术的发展情况：
1. chapman,IEEE,Trans AP-24,1979,P685~696 变换降维
§4.3 波束空间部分自适应处理
➢波束指的是普通波束。
➢波束空间自适应处理：最常见的是对傅氏基 波束进行处理。
➢选取部分波束进行处理就称为波束域部分自 适应处理。
下面研究波束选取的方法
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1. Gabriel方法：分两步：首先估计干扰方向（粗 略）。 再选取指向干扰方向的若干波束。
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变换后的导向矢量为：aT 0 T H a0
由最优波束形成原理，变换域的最优权为：
1
W T ,opt RY aT 0
(T H RX T )1T H a 0
在变换域 Y 用 W T ,opt 进行最优波束形成，实际上
是对 X 进行波束形成，即：
2. Morgan,Partially Adaptive Array Techniques IEEE,Trans,AP-26,1978,P823~833多重旁瓣对消 器（MSC）
3. Gabriel, Using Spectral Estimation Techniques in Adaptive Processing Antenna Systems.IEEE,AP34,1986,No.3,P291~300 自适应方法
第四章 部分自适应阵列处理技术
§4.1部分自适应概念
全自适应： 对全部单元作自适应控制（使 用了全部可利用的系统自由度 degree of freedom）.
部分自适应：对其中部分单元作自适应控制 （只使用了部分可利用的系统 自由度）。
1
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
比较：
方式
全自适应
指标
自由度
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
4. Adams, Adaptive Main-Beam Nulling for NarrowBeam Antenna Arrays.IEEE,AES-16,1980,P509~516 用几个指向目标临近方向的波束进行对消
5. VanVeenB.D,Partially Adaptive Beamformer Design Via Output Power Minimization IEEE,Trans,ASSP-35,1987,P1524~1532 深入系统研究了广义旁瓣相消结构（GSC处理器）
2. Adams方法：在目标邻近方向选取若干波束。
以等距线阵为例(间距为 2 )。 N元阵经过butler波束形成得到N个波束。如图3.5
123
N
Butler矩阵
1 2 3
N
图3.5 16
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
其特点：N个波束在旁瓣区共零点。
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
一、分析Gabriel方法： 已知两个干扰及其方向 选取两个指向干扰方向的波束。
1 2 KN
选用取固部定分 权单 （元 非进 自行适自应适）应进加行权处控理。制，如而图其3.余4 所单示元
w1 w2 wK wN
w01 w02
有几个干扰复 用几个阵元进 行自适应处理 相消
mt
yt
图3.4
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
M=1 单旁瓣相消器
选取的阵元数 M >1多旁瓣相消器
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
§4.2阵元空间(element space)部分 自适应处理
1. Chapman方法：子阵级
对阵列数据 X 用降维矩阵作变换：
Y M 1 T H X N1
其中T NM , M N
变换前的自适应： W opt RX1a 0
变换后的自适应处理：
RY E Y tY H t E T H X t X H t T
d
t
W
Y H
T ,opt
t
W
T H
T ,opt
H
X
t
H
TW T ,opt X t
W H X t
其中：W TW T ,opt
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一般地，T NM , M N ,此时 T 不可逆，在变换域处
理的性能不如变换前处理的结果（有性能损失）；
特殊地，当
T 可逆时：W T,opt
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
子阵均匀划分法，来波方向为 0 0 10
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2) 非均匀划分，使各子阵内的阵元数不等，破坏栅 瓣的出现。如图3.3
12 3 4 5 6
33
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3 16
图3.3
11
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
2、Morgan的MSC方法：阵元级
y0 t W0H xt (目标) y1 t W1H xt （干扰1） y2 t W2H xt （干扰2）
最优准则： et y t a1y1 t a2 y2 t
T
1
R
1
X
a
0
W TW T,opt RX1a 0 W opt
此时在变换域处理的结果与变换域前一样，但这 时需要 M N ，并不能降维，所以无实际意义。
➢关于变换矩阵的构造（子阵划分）问题：
简单子阵法 选取的子阵只是位置上靠近的阵元。 明显缺点：各子阵的相位中心通常超过半波长（甚 至几个波长），产生子阵间栅瓣。
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
几种改进方法：
1) 使子阵间栅瓣出现于子阵方向图的零点位置。
例：33阵元合成为16个（采用滑动重叠技术）
如图3.1所示wenku.baidu.com(d )
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图3.1
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
新阵列方向图
子阵方向图 图3.2
当 M N , 全自适应 MCS中的问题： 1 、对几个点干扰抑制问题，选取自适应单元 几乎可任意。 2 、对很多干扰或连片的地物杂波，如何选取 自适应处理单元有待于进一步研究。
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
来波方向0 30 ，干扰方向 1 0 和2 60 14
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
全部
运算量
大
收敛性
慢
性能 潜在性能高
西安电子科技大学雷达信号处理实验室
部分自适应
部分 小 快
使用性好（与理论极限 性能相比有损失）
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关键： 如何合理设计部分自适应结构，使得性能损 失最小而运算量显著降低。
部分自适应技术的发展情况：
1. chapman,IEEE,Trans AP-24,1979,P685~696 变换降维
§4.3 波束空间部分自适应处理
➢波束指的是普通波束。
➢波束空间自适应处理：最常见的是对傅氏基 波束进行处理。
➢选取部分波束进行处理就称为波束域部分自 适应处理。
下面研究波束选取的方法
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西安电子科技大学雷达信号处理实验室
1. Gabriel方法：分两步：首先估计干扰方向（粗 略）。 再选取指向干扰方向的若干波束。