[發明專利]大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法

在審

• 申請號: 201811526176.5
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109635240A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 馬曉峰;沈愛松;盛衛星;張仁李;韓玉兵;崔杰;戴銘暉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

1.一種大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、根據陣列結構和所需的零陷寬度構造相位擾動加權矩陣E，并對陣列接收數據矩陣X進行相位擾動加權得到接收數據矩陣

步驟2、根據靜態波束權重矢量以及子陣劃分矩陣構造子陣降維變換矩陣T，對相位擾動加權后的接收數據矩陣進行子陣變換處理，得到子陣輸出矩陣Y；

步驟3、根據子陣劃分和靜態權重矢量得到子陣輸出歸一化矩陣T_L，對子陣輸出矩陣Y進行噪聲功率歸一化得到矩陣利用矩陣數據采用線性約束最小方差自適應數字波束形成算法得到子陣自適應權矢量w_sub，使用該權重矢量對未加擾接收數據的子陣輸出矩陣X_sub進行數字波束形成得到最終波束后輸出。

2.根據權利要求1所述的大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法，其特征在于，步驟1根據陣列結構和所需的零陷寬度構造相位擾動加權矩陣E，并對陣列接收數據矩陣X進行相位擾動加權得到矩陣的具體步驟為：

步驟1-1、首先構建隨機的相位抖動向量Δu、Δv；

根據所需的零陷寬度W構造服從均勻分布、且均值為0的隨機序列Δu＝[Δu₁,Δu₂，…Δu_K]，Δv＝[Δv₁，Δv₂，…Δv_K]；其中，K為采樣快拍數；

步驟1-2、構建相位擾動加權矩陣E：

根據陣列結構和工作波長得到擾動加權矩陣：

其中x＝[x₁，x₂，…，x_N]^T、y＝[y₁，y₂，…，y_N]^T，x_i，y_ii＝1，2，…，N分別對應第i個陣元位置的x軸坐標和y軸坐標；N為天線的陣元數量；表示克羅內克積；步驟1-3、獲得陣列接收數據矩陣X進行相位擾動加權后的陣元數據矩陣維數N×K；

其中，X為陣列接收數據矩陣，具體為：

x_ik表示第i個陣元第k個快拍的采樣數據；表示Hadamard乘積。

3.根據權利要求1所述的大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法，其特征在于，步驟2根據靜態波束權重矢量以及子陣劃分矩陣構造子陣降維變換矩陣T，對相位擾動加權后的接收數據矩陣進行子陣變換處理，得到子陣輸出矩陣Y具體方法為：

步驟2-1、根據波束指向和期望方向圖形狀構造靜態波束權重系數向量w_q；

w_q＝[w_q1,w_q2，…，w_qN]^T

其中，a_i表示第i個陣元的幅度加權系數；λ表示工作波長；其中θ₀，表示波束指向；

步驟2-2、根據陣面形式以及需要抑制的干擾個數將陣列劃分成M個子陣，對應的子陣劃分矩陣為：

其中，若第m個子陣中包含陣元i，則σ_mi＝1，反之，σ_mi＝0；

步驟2-3、構造子陣降維變換矩陣T；

其中，t_mi＝σ_mi·w_qi(m＝1，2，…，M；i＝1，2，…，N)。

步驟2-4、利用子陣降維變換矩陣T，對相位擾動加權后的輸出矩陣進行降維變換處理，得到M個子陣輸出矩陣Y，維數M×K：

4.根據權利要求1所述的大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法，其特征在于，步驟3的具體步驟為：

步驟3-1、根據子陣劃分和靜態權重矢量構造子陣輸出歸一化矩陣T_L：

其中，

步驟3-2、對子陣輸出矩陣Y進行噪聲功率歸一化，得到歸一化子陣輸出矩陣

步驟3-3、采用線性約束最小方差自適應數字波束形成算法計算子陣自適應權重系數矢量：

其中，a_sub＝T^Ha_l，a_l表示期望波束指向的導向性矢量：

a_l＝[a_l1，a_l2，…,a_lN],其中x_i,y_i分別表示第i個陣元位置的x軸坐標和y軸坐標；θ₀,表示波束指向；

步驟3-4、利用步驟3-3中求得的權重矢量對未加擾接收數據的子陣輸出矩陣X_sub進行波束形成得到自適應波束形成后數據：

其中，X_sub＝T^HX。