Adaptive beamforming is a cornerstone of array signal processing, yet its performance often collapses in the face of complex, rapidly changing interference. When interferers appear or move unpredictably, conventional estimators encounter a fundamental memory trade-off: short windows enable rapid tracking but suffer from high estimation variance, while long windows provide stable rejection but fail to adapt to shifts. This challenge is resolved by introducing the Universal Switching Beamformer (USB), which integrates competitive sequential prediction into the beamforming architecture. By employing a linear transition diagram, the USB implicitly maintains an exponentially large family of candidate covariance histories and dynamically re-weights them based on their cumulative output power. This mechanism allows the beamformer to automatically vary its effective memory length without explicit change detection or heuristic parameter tuning. A theoretical upper bound is proven on the regret relative to an omniscient oracle that selects the best piecewise-stationary covariance model in hindsight. Extensive simulations and experiments on the SwellEx-96 dataset demonstrate that the USB achieves the agility of short-window estimators and the precision of long-term integration, providing a principled solution for tracking highly non-stationary scenes.


翻译:自适应波束形成是阵列信号处理的基石,但其性能在面对复杂且快速变化的干扰时常常失效。当干扰源不可预测地出现或移动时,传统估计器面临根本性的记忆权衡:短时间窗可实现快速跟踪但估计方差大,长时间窗能提供稳定抑制却难以适应变化。这一问题通过引入通用切换波束形成器(USB)得以解决,它将竞争性序贯预测融入波束形成架构中。USB利用线性转移图隐式维护指数级大的候选协方差历史族,并根据其累积输出功率动态重新加权。该机制使波束形成器能自动调整有效记忆长度,无需显式变化检测或启发式参数调优。证明了相对于事后选择最佳分段平稳协方差模型的全知先知的理论遗憾上界。在SwellEx-96数据集上的大量仿真和实验表明,USB兼具短时间窗估计器的敏捷性与长时间积分估计器的精度,为跟踪高度非平稳场景提供了原则性解决方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

高分辨波达方位估计技术研究进展
专知会员服务
15+阅读 · 2025年2月3日
卡尔曼滤波在装备故障预测中的应用综述
专知会员服务
12+阅读 · 2024年9月27日
非Transformer不可?最新《状态空间模型(SSM)》综述
专知会员服务
75+阅读 · 2024年4月16日
结构保持图transformer综述
专知会员服务
42+阅读 · 2024年2月19日
再谈变分自编码器VAE:从贝叶斯观点出发
PaperWeekly
13+阅读 · 2018年4月2日
【干货】一文读懂什么是变分自编码器
专知
12+阅读 · 2018年2月11日
EKF常用于目标跟踪系统的扩展卡尔曼滤波器
无人机
10+阅读 · 2017年7月25日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
最新内容
俄乌无人机战争的六大启示
专知会员服务
10+阅读 · 8月3日
《无人机空中监控:通信实验洞察》
专知会员服务
8+阅读 · 8月3日
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
8+阅读 · 8月2日
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
10+阅读 · 8月1日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员