[發明專利]一種穩健波束合成器權值求解方法

無效

• 申請號: 200910103226.3
• 申請日: 2009-02-23
• 公開（公告）號: CN101483280A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 曾浩;張雷;劉玲;劉曉明
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q21/00;G06F17/16;G01S7/285
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及波束合成領域，具體涉及一種穩健波束合成器權值求解方法。

技術背景

波束合成器在通信、雷達中廣泛應用，通過一定的最優化方法，對陣列天線接收信號x(t)進行信號處理，計算出陣列的權矢量w(t)，從而使陣列方向圖主瓣對準期望信號，而零陷對準干擾信號，達到抑制干擾，提高系統輸出信干噪比的效果。但是，由于陣列位置誤差，通道不一致誤差，陣元耦合誤差的存在，對信號的波達方向估計是存在誤差的。誤差產生的結果，會使得期望信號不在方向圖主瓣范圍內，而干擾也不在方向圖零陷范圍內，這樣就使波束合成器失去抑制干擾的功能，不但不能提高輸出信干噪比，甚至有可能還減少輸出信干噪比。

為了克服誤差影響，需要尋找穩健的波束合成器。已有的穩健波束合成器包括投影方法，對角負載方法，貝葉斯方法，凸集優化方法，其目的都是試圖把主瓣和零陷寬度加寬，使期望信號不至于超出主瓣范圍，干擾信號不至于超出零陷范圍。這些方法可以獲得很好誤差校正效果，但是，由于增加大量約束條件，使得權矢量計算增加了非常大的運算量。

發明內容

本發明的目的，就是在基本波束合成器實現方法基礎上，不增加新的約束條件和運算量，僅對零陷進行加寬，從而用較少運算量克服由于陣列各種誤差引起的波達方向估計誤差，使干擾信號始終位于零陷范圍內，實現穩健的波束合成器。

一種穩健波束合成器權值求解方法，其實現步驟為：第一步，對陣列(I)接收信號x(t)進行K次采樣，得到K個快拍x(1)，...，x(K)，從而在權值求解單元(II)中構成數據矩陣X＝[x(1)...x(K)]，按照公式估計得到陣列協方差矩陣R。第二步，在權值求解單元(II)中，通過MUSIC算法利用協方差矩陣R估計出空間期望信號s₀(t)的波達方向θ₀，以及M個干擾信號s₁(t)，...，s_M(t)的波達方向θ₁，...，θ_M。第三步，在權值求解單元(II)中，由期望信號波達方向θ₀得到方向矢量v(θ₀)，從而得到一個子權矢量w₀＝v(θ₀)；由M個干擾波達方向θ₁，...，θ_M得到M個方向矢量v(θ₁)，...，v(θ_M)，從而得到M個子權矢量w₁＝v(θ₁)，...，w_M＝v(θ_M)。第四步，陣列總的權矢量按照公式得到，并把該權矢量傳遞給加權求和單元(III)；加權求和單元(III)按照公式y(t)＝w^H(t)×x(t)計算陣列加權輸出。

該發明的有益效果是沒有采用復雜的約束條件，但零陷寬度得到增加，從而使權值求解非常簡單，并實現的波束合成的穩健性效果。

附圖說明

圖1是穩健波束合成器權值求解框圖；

圖2是穩健波束合成器結構框圖；

圖3是均勻線陣陣列接收信號示意圖；

圖4是穩健波束合成器方向圖；

圖5是加權求和單元結構圖。

具體實施方式

方法實現步驟如圖1所示。系統結構如圖2所示，波束合成器包括了天線陣(I)，權值求解單元(II)和加權求和單元(III)。

如圖3所示，假設天線陣(I)為均勻線陣形式的陣列，陣元間距為載波波長一半，而空間具有一個期望信號s₀(t)，波達方向θ₀，M個干擾信號分別為s₁(t)，...，s_M(t)，波達方向分別為θ₁，...，θ_M，這些信號是遠場窄帶不相干信號。陣列接收信號矢量可以表示為其中v(θ_m)為波達方向為θ_m的信號對應的方向矢量。

在權值求解單元(II)中，對接收信號矢量進行AD變換，得到K個連續的采樣信號，每個采樣信號稱為一個快拍，即x(k)，k＝1，...，K。把K個快拍數據矢量構成一個數據矩陣，即X＝[x(1)...x(K)]，按照公式估計陣列接收信號的協方差矩陣R。對協方差矩陣R進行空間譜估計，計算出相應的期望信號和干擾信號的波達方向。這個空間譜估計可以采用MUSIC算法，步驟為：