文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2014)03-0094-03
波束形成技術已廣泛用于通信、雷達、聲納等領域[1-2]。波束形成技術通常包括非盲自適應波束合成與盲自適應波束合成。非盲自適應波束形成算法通過發送訓練序列或者根據期望信號的波達方向DOA(Direction of Arrival)來捕獲期望信號，并抑制干擾信號。但發送訓練序列會占用一定的頻譜資源[3]，在頻譜資源日益緊張的今天無疑不合適宜，而根據期望信號的DOA來捕獲期望信號時，期望信號的DOA估計往往存在誤差，DOA誤差也會導致自適應算法失效[4]，而捕獲不到期望信號。盲波束形成算法利用信號本身的性質來捕獲信號，如恒模特性、高斯性以及循環平穩性[5-6]。恒模波束形成算法利用了信號的恒模特性來捕獲期望信號，不需要訓練序列，節省了頻譜資源，也不需要考慮期望信號DOA估計存在誤差時穩健性差的問題。但傳統恒模算法由于僅利用了信號的恒模特性，當期望信號和干擾信號都為恒模信號且干擾信號的功率大于期望信號的功率(即干擾信號的恒模特性大于期望信號的恒模特性)時，傳統恒模算法會捕獲恒模特性強的干擾信號,出現干擾捕獲現象[7]。
本文利用天線陣列接收到的數據矩陣的協方差矩陣與期望信號的功率，構造新的協方差矩陣，新的協方差矩陣關于期望信號對角最小化，將新的協方差矩陣的最小特征值對應的特征向量作為恒模迭代算法的初始值進行迭代運算，此算法能夠很好地克服干擾捕獲問題，捕獲期望信號并抑制干擾信號。
1 自適應陣列天線模型
自適應陣列天線包括了天線陣面、射頻前端、信號采樣和信號處理模塊[8]，其結構框圖如圖1所示。
由于射頻信號頻率高，直接射頻采樣要求后級ADC轉換速率高，這樣采樣數據量增大,后級DSP或FPGA處理的運算量也會加大，系統的實時性變差，故將天線接收到的信號進行下變頻到中頻處理。天線陣列接收到的模擬射頻信號x(t)在射頻前端與本振信號混頻，得到模擬的中頻信號。利用奈奎斯特采樣定理對模擬中頻信號進行采樣，得到數字中頻信號，不妨設經ADC采樣后的數字中頻信號為y(t)，根據應用環境，選擇相應的自適應濾波算法得到權矢量w(t)，用權矢量w(t)對各陣元接收到的信號進行加權求和來有效地合并各陣元接收到的信號，以捕獲期望信號并抑制干擾信號。
由圖2可知,在期望信號功率大于干擾信號功率的情況下，采用LSCMA自適應濾波算法和預處理的LSCMA自適應濾波算法都能使陣列的主瓣對準期望信號來向，零陷對準干擾信號來向。
若期望信號功率為8 dB,干擾信號功率為10 dB，其他仿真條件同圖2仿真條件一樣, 則仿真結果如圖3所示。
由圖3可知，在當期望信號功率小于干擾信號功率的情況下，采用LSCMA自適應濾波算法，陣列的主瓣對準干擾信號來向，零陷對準期望信號來向，出現了干擾捕獲現象；而采用預處理的LSCMA自適應濾波算法，陣列的主瓣仍然能夠正確地指向期望信號來向，零陷對準干擾信號來向。
利用接收數據矩陣的協方差矩陣和期望信號的功率構造新的協方差矩陣，并將新的協方差矩陣最小特征值對應的特征向量作為權值的初始值作為權值的初始值，能夠克服傳統的最小二乘恒模算法在干擾功率比期望信號功率大時出現的干擾捕獲的問題。
參考文獻
[1] PINSKY M. Application of a simple adaptive estimator for an atmospheric doppler radar[J]. IEEE transactions on geoscience and remote sensing, 2011,49(1):115-127.
[2] KARABCHEVSKY S. FPGA-based adaptive speckle suppression filter for underwater imaging sonar[J]. IEEE journal of oceanic engineering, 2011,36(4): 646-657.
[3] 郭艷, 方大綱, 梁昌洪. 恒模算法在盲波束形成中的應用[J].西安電子科技大學學報,2002,29(5):598-601.
[4] 張雷.穩健自適應波束合成的關鍵技術研究[D].重慶：重慶大學,2010.
[5] 金亮,何晨.高階累積量波束形成在DS-CDMA系統中的應用[J]. 上海交通大學學報,2005,39(4):649-652.
[6] 魏安全.循環平穩理論在復雜無線通信環境中應用的研究[D].南京:東南大學,2009.
[7] ADRIAN I S, DALINA Z, JURIAN M. A speed conver gence least squares constant modulus algorithm for smart antenna beamforming[C]. International Conference on Communications,2012:31-34.
[8] 張賢達,保錚.通信信號處理[M].北京：國防工業出版社, 2000.
[9] Fu Hongliang, Feng Guangzeng. A pre-processing blind multiuser detection algorithm based on LSCM using antenna array[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics,2006,17(2):309-312.
[10] 石鎮.自適應天線原理[M]. 北京：國防工業出版社, 1991.