[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

本發明提出了大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法，首先，根據陣列結構和所需的零陷寬度構造相位擾動加權矩陣，并對陣列接收數據矩陣進行相位擾動加權；然后，根據靜態波束權重系數向量以及子陣劃分矩陣構造子陣降維變換矩陣，對相位擾動加權后的輸出進行子陣變換處理，得到子陣輸出信號；最后，根據子陣劃分和靜態權重系數對子陣輸出進行噪聲功率歸一化，對歸一化后的輸出進行常規自適應處理得到子陣自適應權重矢量，使用該權重矢量進行數字波束形成就可以得到自適應數字波束輸出。本發明實現了大規模數字陣列針對快速機動干擾源的高效自適應零陷展寬空域抗干擾，在保證旁瓣干擾抑制的有效性和穩定性的同時大大降低了算法的復雜度。

技術領域

本發明屬于陣列天線空域自適應抗干擾領域，具體為大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法。

背景技術

自適應數字波束形成技術由于能夠在空間干擾方向自適應地形成方向圖零陷，可以有效抑制空間干擾和噪聲，是現代雷達，聲吶和移動通信等領域前沿技術。常規的自適應數字波束形成算法在干擾方向形成的零陷非常陡峭，只有當干擾嚴格落在零陷位置時才能被有效地抑制掉。但在實際應用中，由于系統平臺的連續轉動、干擾源的自身運動或干擾傳播路徑的非平穩等原因，干擾相對系統平臺的角度會出現非平穩特性。這時，一旦用于計算自適應權重系數的訓練數據和應用權值系數的數字波束形成數據出現失配，也就是零陷位置與干擾位置出現失配，干擾從尖銳的零陷處移出，會導致干擾信號不能得到有效抑制，自適應數字波束形成器的干擾抑制性能將嚴重下降。

針對此問題，最直接的解決辦法是縮短自適應權重系數的更新間隔。但受到運算量和處理器運算能力等實際條件的限制，無法過度提高權重系數的更新速度。零陷展寬類方法是解決此類非平穩干擾的有效途徑，通過在所有干擾出現的角度形成寬零陷，提高干擾抑制的穩健性。零陷展寬可通過導數約束或協方差矩陣加權(Covariance MatrixTaper,CMT)實現。CMT方法利用空間擴展信號的空間相關矩陣對接收信號協方差矩陣加權，得到增強的協方差矩陣，由此得到的權向量能加寬零陷。但CMT算法需要用到全陣的協方差矩陣，對于旁瓣對消、降維等部分自適應算法并不適用。而針對大規模數字陣列，受限于信號處理平臺的計算能力或者成本約束，運算量極大的全陣自適應數字波束形成算法很難在體積和成本受限的硬件平臺上實時實現。

發明內容

本發明的目的在于提出了大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法，解決大規模數字陣列滿陣自適應數字波束形成算法運算量大，對抗快速機動干擾穩健性差的問題。

實現本發明的技術解決方案為：大規模數字陣列零陷展寬自適應波束形成方法，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。

優選地，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；