[發明專利]基于陣列共軛對稱和雙迭代算法的雷達波束形成方法

在審

• 申請號: 201910565205.7
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110208748A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 馮大政;梁雪彥;虞泓波;任曉麗
• 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: 田文英;王品華

一種基于陣列共軛對稱和雙迭代算法的雷達波束形成方法，實現步驟為：1、獲取發射導向矢量和接收導向矢量；2、對發射導向矢量和接收導向矢量進行共軛對稱操作3、計算雷達接收數據矢量和采樣協方差矩陣；4、構建雷達穩健波束模型；5、利用雙迭代算法，計算最優權矢量；6、生成雷達波束。本發明可以有效降低計算復雜度，提高樣本收斂速度，同時提高了抗干擾和抗噪聲的能力，利于雷達穩健波束形成的實現，本發明可用于雷達信號處理過程中導向矢量具有共軛對稱特性情況下的雷達波束形成。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及雷達波束形成技術領域中的一種基于陣列共軛對稱和雙迭代算法的雷達波束形成方法。本發明可用于雷達信號處理過程中導向矢量具有共軛對稱特性情況下的雷達波束形成。

背景技術

波束形成方法的本質是利用空域濾波來增強感興趣方向的目標并抑制干擾、雜波等。波束形成一般可分為常規波束形成和自適應波束形成兩種。常規波束形成的優點是工程實現簡單，但不能自適應地抑制干擾。與之相比，自適應波束形成能夠在干擾處自適應地形成零陷。

自適應波束形成技術在相控陣和MIMO雷達中有著重要應用，其主要被用來抑制干擾和噪聲同時盡可能地保留期望信號。基于二階統計信息的最小方差無畸變響應(MVDR)波束形成器在導向矢量和協方差矩陣精確已知時可取的最優性能，但在實際系統中，因為雷達系統的目標信號導向矢量會受到陣列耦合等因素影響而出現較大失配，通常難以獲取精確的導向矢量。為了增強波束形成器抗較大角度誤差的穩健性，提出了線性約束最小方差(LCMV)波束形成器。為了更加靈活的控制穩健區域的寬度和波動程度，提出了基于幅度響應約束(MRC)的波束形成器。對于基于幅度響應約束(MRC)的波束形成器，基于陣列共軛對稱和雙迭代算法的雷達波束形成方法可以較大降低計算復雜度，提高樣本收斂速度，更利于雷達穩健波束形成的快速實現。

Qian J等人在其發表的論文“Robust adaptive beamforming for multiple-input multiple-output radar with spatial filtering techniques”(SignalProcessing,143，152-160 2018)提出了一種基于半正定規劃(SDP)和矩陣秩約束最小化方法的迭代自適應對角加載波束形成方法。該方法的實現步驟是：步驟1，建立多輸入多輸出雷達信號模型；步驟2，通過最大化受空間相關系數和范數約束影響的輸出功率來估計期望的發射-接收導向矢量；步驟3，按照最壞情況性能最優準則使得波束輸出的信干噪比(SINR)最大；步驟4，基于估計的期望信號，通過矩陣秩約束最小化方法獲得干擾協方差矩陣，從而計算出權向量，實現波束形成。該方法存在的不足之處是：該方法雖然在最壞情況性能最優準則下將原始的非凸問題轉化為兩個凸的降維半定規劃(SDP)問題，但是在求解SDP問題時需要消耗較高的計算復雜度，樣本收斂速度比較慢，不利于實時處理應用。

天津大學在其申請的專利文獻“一種基于對角加載技術的穩健自適應波束形成方法”(申請號：2017105971439申請公開號：CN107544059A)中公開了一種基于對角加載技術的穩健自適應波束形成方法。該方法包括如下步驟：步驟1，計算由K次快拍采樣的接收信號x(k)構建雷達天線陣列接收信號的采樣協方差矩陣；步驟2，利用Lagrange算子，求得Capon波束形成器的波束形成矢量波束形成最優權矢量；步驟3：采用對角加載技術，計算雷達天線陣列的加權矢量；步驟4：輸出雷達天線陣列的自適應波束。該方法存在的不足之處是：該方法是在雷達陣列的導向矢量是均勻線性的條件下構建的采樣協方差矩陣，在實際應用中，大多數情況下雷達陣列的導向矢量不是均勻線性的，另外當采樣數量較大時，采樣協方差矩陣的計算量大，計算復雜度高。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種基于陣列共軛對稱和雙迭代算法的雷達波束形成方法，該方法利用陣列共軛對稱性質和雙迭代算法，能夠降低計算復雜度，提高樣本收斂速度，從而解決在導向矢量具有共軛對稱特性的情況下的雷達波束形成問題。