[發(fā)明專利]一種空時(shí)域自適應(yīng)寬線性降秩波束形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910490411.6
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110138413B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷光強(qiáng);屈世偉;方惠
• 申請（專利權(quán)）人: 成都電科慧安科技有限公司
• 主分類號: H04B1/713
• 分類號: H04B1/713;H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 毛光軍

1.一種空時(shí)域自適應(yīng)寬線性降秩波束形成方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1.根據(jù)給定的均勻圓陣、入射信號的DOA和頻率信息計(jì)算出入射信號的空時(shí)域?qū)蚴噶浚?/p>

步驟2.估算期望信號下一快拍的空時(shí)域?qū)蚴噶浚?/p>

步驟3.計(jì)算每次快拍的陣列接收信號；

步驟4.對陣列接收信號進(jìn)行寬線性和降秩處理，然后通過寬線性降秩波束形成器，得到陣列輸出信號；

步驟5.設(shè)定轉(zhuǎn)換矩陣T的初始值和權(quán)向量w的初始值，并將轉(zhuǎn)換矩陣T的初始值、權(quán)向量w的初始值和得到的陣列輸出信號代入到轉(zhuǎn)換矩陣和權(quán)向量迭代公式中進(jìn)行迭代求解，得出波束形成的最佳權(quán)向量，再根據(jù)最佳權(quán)向量進(jìn)行波束形成；

所述步驟2中有如下三種估算方式：

1)當(dāng)期望信號為跳頻信號時(shí)，信號收發(fā)雙方的跳頻圖案一致，下一快拍期望信號的載頻為已知，根據(jù)跳頻圖案估算出期望信號下一快拍的空時(shí)域?qū)蚴噶浚?/p>

2)當(dāng)期望信號的DOA按規(guī)律變化時(shí)，下一快拍期望信號的DOA是已知的，將該DOA代入步驟1中，求出期望信號下一快拍的空時(shí)域?qū)蚴噶浚?/p>

3)當(dāng)期望信號的DOA不按規(guī)律變化時(shí)，先根據(jù)角度估計(jì)方法估算出下一快拍期望信號的DOA，再將該DOA代入步驟1中，求出期望信號下一快拍的空時(shí)域?qū)蚴噶浚?/p>

所述步驟1中，設(shè)定均勻圓陣的半徑為r，陣元數(shù)為M，陣元從x軸正半軸開始，以逆時(shí)針方向依次放置，則第m個(gè)陣元的坐標(biāo)為(rcos(2πm/M),rsin(2πm/M),0)，m＝0，1，2，...，M-1；若入射信號的DOA為其中θ是俯仰角，是方位角，以原點(diǎn)為參考點(diǎn)，那么第m陣元相對于參考點(diǎn)的相位差為：

其中，λ表示入射信號的波長，那么入射信號的空域?qū)蚴噶繛椋?/p>

設(shè)定每個(gè)陣元有L個(gè)時(shí)域延時(shí)抽頭，則入射信號的時(shí)域?qū)蚴噶勘硎緸椋?/p>

其中，ω_t為歸一化的角頻率，那么入射信號的空時(shí)域?qū)蚴噶繛椋?/p>

其中，表示kronecker積；

所述步驟2中三種估算方式分別如下：

1)當(dāng)期望信號為跳頻信號時(shí)，信號收發(fā)雙方的跳頻圖案一致，那么下一快拍期望信號的時(shí)域?qū)蚴噶縜_t1(n+1)為已知，于是期望信號下一快拍的空時(shí)域?qū)蚴噶繛椋?/p>

2)當(dāng)期望信號的DOA按規(guī)律變化時(shí)，下一快拍期望信號的DOA是已知的，將該DOA代入步驟1的空域?qū)蚴噶壳蠼夤郊纯汕蠼獬鱿乱豢炫钠谕盘柕目沼驅(qū)蚴噶縜_s1(n+1)，于是期望信號下一快拍的空時(shí)域?qū)蚴噶繛椋?/p>

3)當(dāng)期望信號的DOA不按規(guī)律變化時(shí)，先根據(jù)角度估計(jì)方法估算出下一快拍期望信號的DOA，再將該DOA代入步驟1的空域?qū)蚴噶壳蠼夤郊纯汕蠼獬鱿乱豢炫钠谕盘柕目沼驅(qū)蚴噶坑谑瞧谕盘栂乱豢炫牡目諘r(shí)域?qū)蚴噶繛椋?/p>

所述步驟3根據(jù)如下公式計(jì)算每次快拍的陣列接收信號：

r(n)＝A(n)s(n)+v(n)，n＝1,2,...,N

其中，A(n)是由K個(gè)信號的空時(shí)域?qū)蚴噶拷M成的陣列流形，A(n)＝[a_st1(n),a_st2(n),...,a_stK(n)]；s(n)表示來自信號源的K維數(shù)據(jù)矢量，s(n)＝[s₁(n),s₂(n),…,s_K(n)]；v(n)是均值為0、方差為的加性復(fù)高斯白噪聲；N是總的快拍數(shù)；

所述步驟4的具體步驟為：

1)通過雙射變換Γ進(jìn)行寬線性處理，得到增廣陣列接收信號、第n次快拍的期望信號的増廣空時(shí)域?qū)蚴噶亢凸浪愕牡趎+1次快拍的期望信號的増廣空時(shí)域?qū)蚴噶浚謩e如下式所示：

2)通過乘以2ML×D維的轉(zhuǎn)換矩陣Τ的共軛轉(zhuǎn)置(·)^H來實(shí)現(xiàn)降秩處理，如下式所示：

其中，D為降秩處理后的維度；

3)將通過寬線性降秩濾波器，得到陣列輸出信號：

其中，w是D維的寬線性降秩濾波器的權(quán)向量；

所述步驟5的具體步驟為：

1)構(gòu)造代價(jià)函數(shù)

根據(jù)MVDR準(zhǔn)則，即保證期望信號無失真的通過濾波器的同時(shí)濾波器的平均輸出功率最小，得到如下待求解的極值問題：

st.w^H(n)T^H(n)a(n)＝1

其中，st.表示條件，E[·]表示求期望；

2)求解上述極值問題，得到轉(zhuǎn)換矩陣和權(quán)向量迭代公式如下：

轉(zhuǎn)換矩陣迭代公式為：

權(quán)向量迭代公式為：

其中，u_t和u_w為步長因子；(·)^*表示共軛；a(n)和a(n+1)分別表示經(jīng)過寬線性處理后的第n和n+1快拍的期望信號的增廣空時(shí)域?qū)蚴噶浚槐硎綼(n)降秩后的值；I表示單位矩陣；||·||²表示求二范數(shù)；

3)將轉(zhuǎn)換矩陣T的初始值、權(quán)向量w的初始值和得到的陣列輸出信號代入到轉(zhuǎn)換矩陣和權(quán)向量迭代公式中進(jìn)行迭代求解，得出波束形成的最佳權(quán)向量，再根據(jù)最佳權(quán)向量進(jìn)行波束形成。