[發明專利]基于線性虛擬陣元的自適應調零方法

有效

• 申請號: 201711022189.4
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107894597B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 相征;任怡;任鵬;張鈺煒
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S19/21
• 分類號: G01S19/21
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明提出了一種基于線性虛擬陣元的自適應調零方法，主要解決現有技術中不能有效分離完全相干信號的問題，其實現步驟：1.設置來波信號和干擾的相關參數，獲取均勻線性陣列天線的相關參數以及天線陣列接收到的數據；2.根據天線陣列接收到的數據，計算虛擬干擾子空間；3.根據虛擬干擾子空間，二次構造干擾空間矩陣；4.根據來波信號的相關參數，計算信號源的導向矢量；5.根據信號源的導向矢量和二次構造后的干擾空間矩陣，計算每根天線的權值和天線輸出值。本發明具有運算量小、能夠處理完全相干的入射信號的優點，可用于信號抗干擾處理系統。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，特別涉及一種自適應調零方法，可用于智能天線自適應處理系統。

背景技術

衛星導航在電信、大地勘測、農林業、金融、城市規劃等通信領域上有很廣泛的應用。但是隨著現代科技的不斷發展，自然界的電磁環境越來越復雜，衛星導航系統由于傳輸距離遠，本身抗干擾能力弱，易被外界環境影響，特別是當干擾很大時，有用信號會被干擾信號影響，使得導航系統精度下降，甚至無法正常工作。

在衛星導航接收機中，自適應天線將自動調整極化，將天線最大接收方向調整到所需信號的來波方向，將零陷對準干擾方向，具有極為靈活可靠的抗干擾檢測能力。空間陣列接收模型包括線陣和面陣，一般線陣由于計算量小,模型簡單等特點，常作為研究自適應調零算法的基本接收模型。自適應調零技術抗干擾措施主要是空域濾波和空時濾波，其中，空域濾波的原理是通過不同的準則來確定天線的自適應權值，抑制干擾，自適應調零的主要準則有最小均方誤差準則，最大似然比準則，最小二乘法準則，線性約束最小方差等。其中:

最小均方算法LMS應用較為廣泛，其利用遞歸進行權值計算，運算簡單且易于實現，但在信號統計特性比較分散時，LMS算法的收斂速度較慢，限制了它的應用；

矩陣QR分解法，其能夠解決遞歸最小二次方算法RLS的問題，但在信號數量較多時，QR分解法的運算量較大，不易實現；

基于功率倒置算法的RLS算法和LMS算法，其解決了傳統的RLS算法和LMS算法需要預知期望信號的這一難題，但算法的抗干擾性能有待進一步的提高。

基于功率倒置算法的線性約束最小方差LCMV準則，其利用接收信號的功率大小和接收信號的自相關矩陣，將方向圖中零陷指向接收信號的最大功率方向，根據這一特性求出每根天線的權值，得到最終的接收信號，該LCMV算法能夠處理多個信號，并且具有較高的精確度，但是當多徑效應造成接收信號完全相關時，自相關矩陣的秩會變成1，系統無法處理自相關矩陣，從而導致相干信號無法分離，使得權值偏移，接收數據不準確。針對LCMV算法存在的不足，出現了一種改進型的方法，即空間平滑算法，就是利用線性陣列的子陣列，并通過計算每一個子陣列的自相關矩陣，求其平均值，用來解相干信號。該方法雖然可以解決傳統自適應調零算法無法處理相干信號的問題，但在將陣列分為多個子陣列時，降低了陣列的自由度，使得在實際應用中，最終得到的權值只是天線陣列中第一個子陣列的權值，造成了天線利用率低，計算量大，系統抗干擾能力不強的缺點。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，提出一種基于線性虛擬陣元的自適應調零方法，以提高天線自由度和對完全相干信號的抗干擾性能，減小計算量。

本發明的技術思路是：通過均勻線陣的信號模型，構造虛擬干擾子空間矩陣，并對該空間進行矩陣特征值分解；通過二次構造的干擾子空間矩陣，求出每根天線對應的權值，解決接收信號完全相干時無法分離信號的問題，其實現方案如下：

(1)獲取線性陣列天線的相關參數，包括陣元個數N、陣元間隔d、第i根天線接收到的信號矢量x_i(t)、強干擾個數M和信號源的來波方向θ₀，i＝1,2,...N,M＜N；

(2)利用特征值分解，計算虛擬干擾子空間U₂：