[發明專利]基于MIMO雷達的抗波達角方向失配的穩健波束形成器

在審

• 申請號: 202111642371.6
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114444540A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 萬環
• 申請（專利權）人: 萬環
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G01S13/02;G01S7/02
• 代理公司: 深圳力拓知識產權代理有限公司 44313
• 代理人: 張小雪

本發明公開了基于MIMO雷達的抗波達角方向失配的穩健波束形成器，屬于雷達信號處理，自適應波束形成技術領域。首先通過應用標準Capon波束形成器獲得信號角度與幅值信息，包括干擾的波達角度和相應角度方向的響應幅值。因此，如果我們將這些角度的響應水平限制為Capon波束形成器波束圖中的幅值，則可以抑制干擾。此外，目標信號角度范圍內的響應幅值被限制為統一的，以保持目標信號不受抑制。因此，在這些響應約束下，通過最大化輸出信干噪比，可以實現抗波達角方向失配的穩健波束形成。在實際MIMO雷達應用中，樣本大小的有限，使得樣本協方差矩陣的精度受到限制，導致波束形成器性能下降。由于本發明所得到的問題可以重新構造為不含數據相關項(如樣本協方差矩陣)，因此所提出的波束形成器具有穩健性，可以抵抗訓練樣本中存在干擾信號的情況導致的性能下降問題。

技術領域

本發明涉及信號處理，自適應波束形成技術技術領域，更具體地說，涉及基于MIMO雷達的抗波達角方向失配的穩健波束形成器。

背景技術

自適應波束形成技術作為定向信號傳輸和接收的基本技術已經成功的廣泛應用于雷達、聲吶以及無線通信等工程領域。最優波束形成是通過最大化輸出信干噪比來設計的。眾所周知，在目標信號相對應的導向矢量精確已知的條件下，與固定權值的波束形成相比較，Capon波束形成可以更好的抑制干擾。但是如果實際目標信號的導向矢量與通過波達角方向估計技術估計出來的導向矢量出現偏差時，Capon波束形成器性能會顯著下降。

本發明提出了一種新的自適應波束形成技術，這種方法在應對波達角方向估計與目標信號方向失配以及在訓練集中考慮目標信號的情況下都非常穩健。為了保證所提出的穩健波束形成技術可以有效的抑制干擾，我們需要首先利用標準的Capon波束形成器確定干擾波達方向的響應幅度。然后通過約束干擾信號波達角方向和目標信號最大可能角度范圍方向的響應幅度，最大化輸出信干噪比來推導權向量的表達式。最后應用半正定松弛技術來近似的解決所推導出的非凸優化問題。

鑒于此，本發明提出基于MIMO雷達的抗波達角方向失配的穩健波束形成器。

發明內容

1.要解決的技術問題

本發明的目的在于提供基于MIMO雷達的抗波達角方向失配的穩健波束形成器，以解決上述背景技術中提出的問題。

2.技術方案

基于MIMO雷達的抗波達角方向失配的穩健波束形成器，包括以下步驟：

S1：MIMO雷達陣列單元對收集的空間波束信號進行處理，處理后的空間波束信號可形成信號協方差矩陣；

S2：得到的信號協方差矩陣通過標準Capon波束形成器，得出標準Capon波束圖；

S3：標準Capon波束圖用于檢測零陷，找出旁瓣零陷，從而可以找出一組包含干擾的波達角度和相應角度方向的響應幅值的估計值；

S4：將估計值帶入穩健波束形成器中，抑制干擾信號并保持目標信號不受抑制。尋找最佳波束形成器權重向量，對其進行標識；

優選地，所述步驟S1中，接收1個目標信號和J個干擾信號。K時刻，陣列接收信號矢量X(k)可以表示為

其中s₀(k)和分別表示目標信號和干擾信號的波形，θ₀是目標信號的波達角方向，是干擾的波達角方向，n(k)是加性高斯噪聲，例如其中為噪聲方差，I為單位矩陣。在本工作中，假定目標信號、干擾和噪聲是統計獨立的。

優選地，所述步驟S1中，列的協方差矩陣可以表示為

R＝E{(x(k)x(k)}^H}＝R_s+R_i+n (4)