[發(fā)明專利]一種陣列響應(yīng)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011178634.8
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112307428B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾曉宇;甘露
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于陣列信號處理中的波束綜合領(lǐng)域，主要目的在于提供一種陣列響應(yīng)控制方法，在實(shí)現(xiàn)單個陣列響應(yīng)控制點(diǎn)精準(zhǔn)幅度響應(yīng)控制的同時最小化其他方位的波束圖偏差，用于實(shí)現(xiàn)波束圖的高效綜合。本發(fā)明將待求權(quán)向量構(gòu)建為初始權(quán)向量和陣列響應(yīng)控制點(diǎn)對應(yīng)導(dǎo)向矢量乘上一個復(fù)系數(shù)的線性求和形式，建立基于單個陣列響應(yīng)控制點(diǎn)精準(zhǔn)幅度響應(yīng)控制的權(quán)向量優(yōu)化問題，根據(jù)最小波束圖偏差準(zhǔn)則求解復(fù)系數(shù)，得到待求權(quán)向量的閉式解；可以降低權(quán)向量求解過程中其他任意方位陣列響應(yīng)的影響，提高波束綜合的效率。本發(fā)明的權(quán)向量求解復(fù)雜度低，硬件資源消耗，可以實(shí)現(xiàn)快速的精準(zhǔn)陣列響應(yīng)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陣列信號處理中的波束綜合領(lǐng)域，涉及一種陣列響應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)

波束綜合是陣列信號處理領(lǐng)域的重要研究方向，通過設(shè)計(jì)陣列天線的權(quán)向量，可以實(shí)現(xiàn)空域能量的分配。波束綜合中一個重要場景就是對特定方位點(diǎn)的陣列響應(yīng)進(jìn)行精確控制，以提高波束綜合的精度。在進(jìn)行波束綜合時，應(yīng)用較多的方法有三種：全局優(yōu)化算法，凸優(yōu)化算法和基于自適應(yīng)陣列理論的迭代算法。

全局優(yōu)化算法通過差分進(jìn)化、粒子群優(yōu)化及模擬退火等算法，可以設(shè)計(jì)合理的天線權(quán)向量，實(shí)現(xiàn)波束圖的綜合。但這類方法需要的計(jì)算復(fù)雜度較大，運(yùn)算時間較長，不利于實(shí)際工程應(yīng)用。凸優(yōu)化算法作為一種高效的數(shù)學(xué)工具，可以用于求解凸問題。將波束綜合問題轉(zhuǎn)化為凸問題之后，可以用經(jīng)典的內(nèi)點(diǎn)法、半定松弛及半定規(guī)劃等算法求解。這類算法相對全局優(yōu)化算法的求解效率更高，但是該類算法無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的陣列響應(yīng)控制?；谧赃m應(yīng)陣列理論的迭代算法因其高效的求解及靈活的陣列響應(yīng)控制特性而受到廣泛關(guān)注，但是由于波束圖是權(quán)向量的連續(xù)函數(shù)，在進(jìn)行權(quán)向量設(shè)計(jì)時會改變整個空間區(qū)域的波束圖性能，引起其他方位的陣列圖偏差，降低波束綜合的效率。因此需要一種可以減少對其他方位陣列響應(yīng)影響的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種陣列響應(yīng)控制方法，實(shí)現(xiàn)單個陣列響應(yīng)控制點(diǎn)精準(zhǔn)幅度響應(yīng)控制的同時最小化其他方位的波束圖偏差。相對上述全局優(yōu)化算法和凸優(yōu)化算法，本發(fā)明不需要進(jìn)行優(yōu)化求解，大大降低了運(yùn)算量。

為了便于理解，對本發(fā)明采用的技術(shù)作如下說明：

自適應(yīng)波束形成算法可以根據(jù)天線陣列接收到的數(shù)據(jù)自適應(yīng)地在干擾方位點(diǎn)產(chǎn)生零陷，以抑制陣列接收到的干擾，實(shí)現(xiàn)最大化的信號加干擾噪聲比，提高系統(tǒng)性能。根據(jù)最小方差無失真響應(yīng)準(zhǔn)則，自適應(yīng)波束形成的最優(yōu)權(quán)向量可表達(dá)為：

其中R_i+n為干擾加噪聲協(xié)方差矩陣，a_s表示角度θ_s處對應(yīng)的導(dǎo)向矢量。當(dāng)只存在一個干擾時，R_i+n可以表示為：

a_i表示位于干擾角度θ_i的導(dǎo)向矢量，和/分別表示干擾及噪聲的功率，I為單位矩陣。此時最優(yōu)權(quán)向量可以表示為：

w_opt＝a_s+μ_opta_i

其中為一個復(fù)系數(shù)，||·||表示向量的二范數(shù)。上述最優(yōu)權(quán)向量可以實(shí)現(xiàn)干擾角度的陣列響應(yīng)控制，a_s用于控制主瓣指向，a_i控制零陷的角度，復(fù)系數(shù)μ_opt控制零陷深度。

在進(jìn)行波束綜合時，設(shè)定參考波束為P_r，取參考波束的主瓣指向?yàn)棣?Sub>0，其對應(yīng)導(dǎo)向矢量為a₀；設(shè)定陣元個數(shù)為N，空域區(qū)間為Ω＝[-90°,90°]并根據(jù)參考波束劃分波束綜合的主瓣區(qū)域Ω_Main及旁瓣區(qū)域Ω_Side。本發(fā)明受最優(yōu)權(quán)向量的組成形式的啟發(fā)，通過引入若干虛擬干擾，可以在發(fā)射端實(shí)現(xiàn)陣列響應(yīng)的控制。在進(jìn)行第一步陣列響應(yīng)控制時，令初始的權(quán)向量w₀＝a₀，其對應(yīng)波束圖定義為