[發明專利]基于IAA的干擾加噪聲協方差矩陣重構穩健波束形成方法

有效

• 申請號: 201810479426.8
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108663668B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 王彤;解彩蓮;任兵
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 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

本發明屬于天線波束形成技術領域，公開了一種基于IAA的干擾加噪聲協方差矩陣重構穩健波束形成方法，首先利用IAA方法通過迭代方式較為準確的估計出信號的方向，然后選取采樣協方差矩陣特征向量中與由估計得到的期望信號方向計算出的信號導向矢量之間相關性最大的特征向量作為期望信號分量，并將其從采樣協方差矩陣中剔除，最后為了防止剔除信號后的協方差矩陣產生奇異，選取適當的對角加載因子對矩陣進行對角加載，在采樣樣本中包含期望信號的情況下提高了自適應波束形成器的輸出信干噪比，并且在導向矢量失配情況下提高了自適應波束形成器的穩健性能。

技術領域

本發明屬于天線波束形成技術領域，尤其涉及基于IAA(Iterative adaptiveapproach，迭代自適應)的干擾加噪聲協方差矩陣重構穩健波束形成方法，適用于解決采樣樣本中的期望信號功率較強導致自適應波束形成器輸出信干噪比下降的問題，并且使自適應波束形成器在導向矢量失配情況下具有良好的穩健性能。

背景技術

自適應波束形成技術是陣列信號處理領域的一個重要研究方向。與傳統的單個天線相比，天線陣列可以通過自適應算法根據信號環境的變化計算各個陣元上的加權因子，從而對陣列接收到的信號進行空域濾波，使得形成的波束指向所要觀察的期望信號方向，增強期望信號，并在干擾所在方向形成零陷以抑制無用的干擾。

對于自適應波束形成的理論研究起始于20世紀60年代。早在1969年，J.Capon提出了最小方差無失真響應(MVDR)準則，該準則在保證期望信號方向天線增益為1的前提下使陣列的輸出功率最小，成為波束形成器自適應地抑制干擾的理論基礎。1974年，Reed等人提出了樣本協方差矩陣求逆(SMI)方法，SMI方法首先由采樣快拍估計陣列的相關矩陣，然后對其求逆來求解Wiener-Hopf方程，以計算自適應權矢量。當期望信號輸入信噪比(SNR)較大時，SMI算法雖然可以在干擾所在方向形成凹口，但是會產生將期望信號當做干擾的情況，即在信號方向也形成凹口，導致系統的性能下降。不僅如此，在實際的工程應用中，自適應波束形成器可能會受到各種誤差因素的影響，例如陣列位置誤差、信號觀測誤差、接收通道誤差等，這些誤差的存在會造成陣列接收信號導向矢量失配的問題。

自從二十世紀九十年代以來，國內外相關領域學者就提出了各種在上述誤差影響下仍然具有穩健性能的自適應波束形成算法。其中就包括對角加載(DL)算法以及基于特征空間的穩健波束形成算法(ESB)等。DL算法通過在樣本協方差矩陣上加上一常數組成的對角矩陣來提供一定的穩健性，可以在一定程度上恢復由于各種誤差產生的失配引起的性能損失，但目前缺少嚴格的理論基礎來選取最合適的加載電平。基于特征子空間的波束形成方法只有在子空間維數能夠準確獲得的情況下具有較好的性能，但在期望信號的輸入信噪比較低時，波束形成器的性能會下降。到了2003年，Vorobyov提出了最差性能最優化算法，該算法將失配后的信號導向矢量約束在一個球形不確定集內，并且將自適應權矢量的求解問題轉化為一個二階錐規劃問題，可在一定的導向矢量失配范圍內保持一定的穩健性，但這種算法約束范圍的選取過于影響波束形成器的性能。近些年，一些基于對現有算法的改進波束形成算法被提出，例如，2012年Gu提出的一種干擾加噪聲協方差矩陣重構的波束形成方法，但是低快拍數對算法性能的影響過大。2013年W.M.Jia等人利用采樣協方差矩陣來修正期望信號導向矢量，但在期望信號和干擾信號相近時會收斂到干擾信號方向上去。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種基于IAA(Iterative adaptiveapproach，迭代自適應)的干擾加噪聲協方差矩陣重構穩健波束形成方法，通過IAA方法估計出信號到達陣列的角度并利用采樣協方差矩陣的特征矢量與信號導向矢量的相關性來剔除樣本中的期望信號分量，能夠提高自適應波束形成器的輸出信干噪比和自適應波束形成器在導向矢量失配情況下的穩健性。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現。

一種基于IAA的干擾加噪聲協方差矩陣重構穩健波束形成方法，所述方法包括如下步驟：