[發明專利]一種基于協方差矩陣錐化的陣列天線自適應波束形成方法

有效

• 申請號: 201410620657.8
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104360316A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 朱圣棋;霍恩來;胡海洋;高永嬋;楊東;廖桂生;陶海紅
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于自適應波束形成技術領域，特別涉及一種基于協方差矩陣錐化的陣列天線自適應波束形成方法。

背景技術

自適應波束形成作為陣列信號處理的標志之一，在過去的幾十年已經得到了深入的研究，廣泛應用于雷達、無線通訊、聲納、地震勘探和醫學成像等多個領域。隨著在工程實踐中的應用，由于陣列天線不可避免的存在各種誤差，如陣元位置擾動誤差、互耦、陣元響應誤差、訓練樣本受污染以及訓練樣本數過少等，都會造成期望信號的導向矢量的估計值與實際值失配，對自適應波束形成性能造成不同程度的影響，使得對自適應波束形成的穩健性的要求也越來越高。因此，對于穩健的自適應波束形成(robust?adaptive?beamforming，RAB)方法的研究顯得日益重要。

陣列天線通常采用沿航跡向的均勻線陣，對接收數據沿時間維進行采樣得到樣本數據，利用得到的樣本數據估計干擾加噪聲的協方差矩陣，然后利用協方差矩陣的估計值計算期望信號的導向矢量以及輸出的信干噪比(SINR),其中估計精度和性能損失主要受樣本數的影響。目前對于小樣本數以及訓練樣本數據中包含期望信號的情況下，能夠有效的估計期望信號的導向矢量的穩健自適應波束形成方法較少，并且這些穩健波束形成方法的輸出性能與理想情況下的輸出性能還有一定的差距。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于協方差矩陣錐化的陣列天線自適應波束形成方法，本發明利用協方差矩陣錐化技術先對樣本數據協方差進行修正，然后估計期望信號的導向矢量。

為實現上述目的，本發明針對小樣本數以及訓練樣本受污染的情況下得到的樣本數據協方差矩陣，首先利用協方差矩陣錐化技術對樣本數據的協方差矩陣進行修正，再利用修正后的樣本數據的協方差矩陣計算期望信號的導向矢量以及輸出的信干噪比，本發明采用如下技術方案予以實現。

一種基于協方差矩陣錐化的陣列天線自適應波束形成方法包括以下步驟：

步驟1，利用陣列天線接收來自外部的信號，陣列天線為由M個陣元組成的均勻線陣，陣列天線的陣元間距表示為d，d＝λ/2，λ表示陣列天線接收信號的波長；陣列天線在k時刻接收的信號表示為x(k)，陣列天線接收的信號包括期望信號、干擾信號和噪聲；

步驟2，得出干擾加噪聲的協方差矩陣的估計值

步驟3，利用協方差矩陣錐化方法對干擾加噪聲的協方差矩陣的估計值進行改進，得出干擾加噪聲的協方差矩陣的改進后估計值其中，表示矩陣的Hadamard積，T是M×M維的的錐化矩陣，矩陣T的第m行第n列的元素T_MZ(m,n)為：

TMZ(m,n)=sin((m-n)Δ)(m-n)Δ=sin(πW(m-n)/2)πW(m-n)/2]]>

其中，m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,M；Δ＝Wπ/2W表示零陷在sinθ'的寬度，θ'的取值范圍為0°～180°；

步驟4，用矩陣A表示一個M×M維的半正定矩陣，建立以下關于矩陣A的優化模型：