[發明專利]基于多徑信息的自適應相干波束形成方法

有效

• 申請號: 201910058409.1
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109633563B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 張娟;王凱吉;郭玉梅;張林讓
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;張問芬

1.一種基于多徑信息的自適應相干波束形成方法，其特征在于，包括如下：

(1)在窄帶多徑環境下，雷達產生發射信號S，得到陣列雷達回波數據X；

(2)根據回波數據X，計算陣列協方差矩陣R_x；

(3)根據陣列協方差矩陣R_x，得到估計多徑反射系數

(4)對估計多徑反射系數進行補償，求得最優加權向量W_opt：

4a)對回波數據X在各陣元上的分量進行加權求和，求得陣列輸出y：

y＝W^HX

＝W^H[a(θ₁)+ρa(θ₂)]S+W^HP

＝W^Ha(θ₁)S+W^Hρa(θ₂)S+W^HP

其中，(·)^H表示矩陣的共軛轉置運算，W為加權向量，a(θ₁)為直達波方向的導向矢量，a(θ₂)為多徑波方向的導向矢量，ρ為多徑反射系數，P為高斯白噪聲，W^Ha(θ₁)S為直達波信號分量，W^Hρa(θ₂)S為多徑波信號分量；

4b)對直達波信號分量W^Ha(θ₁)S進行固定，對多徑波信號分量W^Hρa(θ₂)S進行補償，然后最小化方差，得到優化方程BP：

其中，表示取最小的W，s.t.表示約束條件，(·)^T表示矩陣的轉置運算；

4c)解優化方程BP，可得最優加權向量W_opt：

其中，(·)^-1表示矩陣求逆，A為空間陣列流型矩陣，A＝[a(θ₁),a(θ₂)]，F為1×2維的函數矢量，F＝[1,ρ^H]；

(5)根據最優加權向量W_opt，得到自適應波束形成

2.根據權利要求1所述的方法，其中(1)中的陣列雷達回波數據X，表示如下：

X＝[a(θ₁)+ρa(θ₂)]S+P＝AΓS+P

其中，a(θ₁)為直達波方向的導向矢量，a(θ₂)為多徑波方向的導向矢量，N表示陣元個數，A為空間陣列流型矩陣，Γ＝[1,ρ]^T表示反射系數矢量，P＝[p₁,p₂,…,p_N]^T為陣列的高斯白噪聲。

3.根據權利要求2所述的方法，其中(2)中的陣列協方差矩陣R_x，通過下式計算：

R_x＝E[XX^H]

＝AΓR_sΓ^HA^H+σ_n²I_N

其中，E[·]表示取均值運算，R_s為信號的協方差矩陣，R_s＝E[SS^H]，I_N為N×N維的單位矩陣，σ_n²為噪聲方差。

4.根據權利要求1所述的方法，其中(3)中根據陣列協方差矩陣R_x，得到估計多徑反射系數按如下步驟進行：

3a)對陣列協方差矩陣R_x進行特征值分解，得到噪聲子空間U_n：

R_x＝U_sΛ_sU_s^H+U_nΛ_nU_n^H

其中，U_s為信號子空間，Λ_s為R_x的大特征值組成的對角陣，Λ_n為R_x的小特征值組成的對角陣；

3b)根據信號子空間U_s與噪聲子空間U_n的正交性，得方程組UA：

其中，||·||表示矩陣的Frobenius范數；

3c)解方程組UA，求得估計反射系數矢量

其中，g＝[1,0]^T表示2×1維的常數矢量；

3d)根據估計反射系數矢量得到估計多徑反射系數

其中，b＝[0,1]表示1×2維的常數矢量。