[發明專利]一種基于有效重構協方差矩陣的波束形成方法

有效

• 申請號: 201811480843.0
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109639333B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 雷舒杰;張軍星;王雪博;王帥;蒲彬;吳迎春;史方明
• 申請（專利權）人: 上海神添實業有限公司;上海無線電設備研究所
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 劉琰;賈慧琴

1.一種基于有效重構協方差矩陣的波束形成方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采用M個陣元組成的均勻線陣，空間內有J+1個遠場窄帶信號入射到陣列，建立陣列接收信號模型；

步驟2：通過特征分解方法得到協方差矩陣特征值分布情況，得到陣列接收信號中大特征值個數；

步驟3：利用MUSIC算法估計大特征值所對應的信號，通過設定功率譜閾值：臨界門ξ來估計出大功率信號所對應的角度；

步驟4：已知期望信號的角度區域Θ，并且有Θ＝[θ_min,θ_max]，并假定期望信號來波方向為θ_d，θ_d∈Θ；設定估計出的角度方向為θ_i(i＝1,2,…,P)，其中P為估計出的信號源個數，通過判斷θ_i(i＝1,2,…,P)中是否存在位于期望信號角度區域Θ范圍內來確定重構協方差矩陣的臨界值：判斷因子β；

步驟5：分別求出不同判斷因子情況下所對應的協方差矩陣，具體包括：步驟5.1：在低信噪比情況下，采用噪聲平均的方法對協方差矩陣進行修正，以消除有限快拍數對采樣協方差矩陣產生的影響；

步驟5.2：在高信噪比情況下，采用干擾噪聲協方差矩陣重構的方法，以提高算法的性能；

步驟6：最終求取不同情況下對應的陣列權值矢量。

2.如權利要求1所述的基于有效重構協方差矩陣的波束形成方法，其特征在于，步驟1中，所述均勻線陣接收信號模型的建立步驟包括：

步驟1.1：將陣列接收信號模型寫成：

式中，J代表干擾個數，s₀(t)代表期望信號，θ₀代表期望信號來向，s_j(t)(j＝1,…,J)代表第j個干擾信號，θ_j(j＝1,…,J)代表干擾信號來向，a(θ₀)是期望信號所對應的導向矢量，a(θ_j)(j＝1,…,J)是干擾信號所對應的導向矢量，n(t)是高斯白噪聲，并定義

步驟1.2：假定期望信號和干擾信號間互不相關，則陣列接收數據真實協方差矩陣寫成：

R_X＝E[X(t)X^H(t)]＝R_s+R_j+n

式中，R_s、R_j+n分別是期望信號、干擾和噪聲信號所對應協方差矩陣，(·)^H代表矩陣轉置符號；

步驟1.3：采用采樣協方差矩陣來代替陣列接收數據真實協方差矩陣：

R＝X(t)X^H(t)/K

式中，K為采樣快拍數。

3.如權利要求1所述的基于有效重構協方差矩陣的波束形成方法，其特征在于，步驟2中，求取大特征值的方法可以描述為：

式中，λ_i(i＝1,2,…,M)為協方差矩陣特征值，并且滿足λ₁≥λ₂≥…≥λ_M，Λ＝diag{λ₁,…,λ_M},e_i(i＝1,2,…,M)為特征值對應的特征向量，U＝[e₁,e₂,…,e_M]。

4.如權利要求1所述的基于有效重構協方差矩陣的波束形成方法，其特征在于，步驟3中，MUSIC算法是基于最小化輸出功率實現的，表示為：

式中，θ代表空間域角度，U_N(θ)為噪聲信號對應的子空間，a(θ)為空間角度區域對應的導向矢量，P_MUSIC即為權值矢量所對應的輸出功率。