[發明專利]一種基于協方差矩陣重構和導向矢量估計的穩健波束形成方法

有效

• 申請號: 201710532149.8
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107167778B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 鄭植;鄭彥;孫潔;吳玉婕
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

1.一種基于協方差矩陣重構和導向矢量估計的穩健波束形成方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1：通過均勻線陣接收N個來自不同方向的信號源，對均勻線陣的接收數據進行采樣，基于K次采樣數據計算協方差矩陣其中x(k)表示每次的采樣數據，符號(·)^H表示共軛轉置；

步驟2：對協方差矩陣進行特征值分解：其中μ_i表示特征值，v_i是特征值μ_i的特征向量，M表示均勻線陣的天線陣元數；

由M個特征值中的前M-N個最小特征值對應的特征向量構成噪聲子空間U_N；

步驟3：使用MUSIC算法在期望信號的波達角的角度范圍外估計出N-1個干擾信號的波達角，并基于N-1個干擾信號的波達角計算干擾信號的導向矢量a(θ)，其中a(θ)＝[a(θ₁),…,a(θ_N-1)]；

利用噪聲子空間與信號子空間的導向矢量之間相互正交的性質構造MUSIC算法中的偽譜函數，即MUSIC算法中的偽譜函數P_MUSIC(θ)為：

步驟4：根據穩健Capon波束形成算法對a(θ)進行校正，得到校正的導向矢量

定義表示a(θ)的均值，對求解，得到最小的a(θ)，其中ε表示預設的約束參數；

再基于求解得到的最小的a(θ)的均值得到校正的導向矢量其中I為單位矩陣，λ通過求解等式得到；

步驟5：根據導向矢量彼此之間的正交性估計干擾信號的功率：

根據分別計算各干擾信號的功率其中i＝1,…,N-1，表示噪聲功率，表示第i個干擾信號的校正的導向矢量，I表示單位矩陣；

步驟6：重構干擾加噪聲協方差矩陣

步驟7：對預設的期望信號導向矢量a(θ′)進行矯正處理：

根據C＝∫_Θa(θ′)a^H(θ′)dθ′得到矩陣C，其中Θ表示期望信號的波達角的角度范圍；

對矩陣C進行特征值分解，取前β個最小特征值對應的特征向量構成的特征子空間U，其中或μ的取值為0.6～0.7，M表示均勻線陣的陣元數；

在滿足(a(θ′))^He_⊥＝0且(a(θ′)+e_⊥)^HUU^H(a(θ′)+e_⊥)≤0的條件，求解其中e_⊥表示誤差；

基于求解結果得到矯正的期望信號導向矢量a₀：a₀＝a(θ′)+e_⊥；

步驟8：將重構的干擾加噪聲協方差矩陣和矯正的期望信號導向矢量a₀帶入最小方差無失真響應波束形成器中得到加權向量w：完成波束形成處理。