[發明專利]一種空間分布散射源穩健自適應波束形成方法

無效

• 申請號: 201310128748.5
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103259584A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 劉聰鋒;徐國強;吳華良;葉夏良;楊潔;李平
• 申請（專利權）人: 江蘇亨鑫科技有限公司
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 季萍

技術領域

本發明涉及自適應波束形成領域，具體地說是一種改善信號陣列響應失配時波束形成器性能急劇下降的空間分布散射源穩健自適應波束形成方法。

背景技術

自適應波束形成技術廣泛應用于雷達、聲納、地震學、麥克風陣列語音處理以及無線通信中。而且當有用信號的假定陣列響應和其真實值之間存在失配時，波束形成器的性能將會急劇地下降。同樣，當信號的陣列響應準確已知時，較小的訓練樣本也會引起波束形成器的性能下降。因此，穩健性就成為自適應陣列處理的必須要求。

在傳統的穩健自適應波束形成方法中，如線性約束最小方差(LCMV)波束形成方法、基于特征空間(ESB)的穩健方法和協方差矩陣消錐(CMT)方法，它們盡管能夠改善信號方向失配的穩健性，但是不能改善其它如較差的陣列校正、未知傳感器互耦、近場波前失真、源擴展以及相干和非相干的局部散射等影響。近幾年提出了在理論上比較嚴格的穩健波束形成方法，其主要思想是定義了所謂的不確定集和使最差性能最優，盡管有些方法給出了具體的加載量計算方法，但是性能改善并不明顯，而其它方法只是給出了近似的求解方法。

以上穩健方法的主要缺點就是用于點信號源模型，而且多數方法不能直接推廣到高秩信號模型，如無線通信和聲納中的非相干散射(空間分布)或具有波前擾動的信號源。因此，天線陣列不能再將這些信號源作為點源，即應當建模為具有一定中心角和角度擴展的空間分布信號源。此時，必須利用高秩信號源模型來描述信號散射以及波前擾動的影響，而且通常利用信號的協方差矩陣來描述有用信號的陣列響應，而不是信號的導向矢量。S.Shahbazpanahi等人提出了通用信號模型的穩健波束形成方法，并給出了具體的求解公式，然而方法的性能改善依賴于失配約束參數的選取，因此嚴重制約著方法的實際應用，其中盡管分析了與傳統對角加載之間的關系，但沒能給出最優加權矢量的求解方法。

大多數穩健的自適應波束形成器都可以表示為標準形式的對角加載，但是最優加載量還是未能得到有效的求解，因此，波束形成器的性能改善將會被極大地消弱。對于具有對角加載形式的穩健波束形成器，性能的改善程度取決于加載電平取值，當加載電平為最優值時，性能的改善將是最優的，但是對于其它取值，性能的改善將會很小，甚至變差。因此，如何求解最優的加載電平是實現穩健波束形成器的關鍵，如果該問題一直得不到有效的解決，那么它的實現將是不可能的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：

(1)當假定的信號陣列響應和其實際值之間存在失配時，如何改善自適應波束形成器的性能急劇下降問題；

(2)當其它陣列失配也存在時，如何保證在所有失配存在條件下改善由于信號失配和其它失配引起的自適應波束形成器性能下降問題。

因此，本發明的目的在于克服自適應波束形成中的陣列響應失配，即改善波束形成器的指向性能，提出一種基于最差性能最優的空間分布散射源穩健波束形成方法。

本發明解決以上技術問題以及實現以上發明目的的技術方案是：

一種空間分布散射源穩健自適應波束形成方法，當假定的信號陣列響應和其實際值之間存在失配時，按以下步驟進行：

(一)利用接收數據形成數據協方差矩陣

數據協方差矩陣的計算公式為：

R^=1NΣn=1Nx(n)xH(n)]]>

其中N為訓練快拍數量，n為時間序號，x(n)為陣列接收數據，上標“H”為向量的共軛轉置；

(二)選擇信號陣列響應失配模約束參數ε，確定假定的信號協方差矩陣R_s：

選擇信號陣列響應失配模約束參數ε，ε＞0，該參數用于對陣列誤差進行約束，即：

||Δ||≤ε