一種基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法。使用本發(fā)明能夠在較低采樣快拍的情況下，有效地抑制干擾，并能使自適應(yīng)方向圖的主瓣保形和旁瓣降低，且能獲得較高的輸出SINR和較快的收斂速度。本發(fā)明首先建立了包含期望信號(hào)的信號(hào)模型，并對該信號(hào)模型的協(xié)方差矩陣進(jìn)行重構(gòu)，得到只含干擾和噪聲的協(xié)方差矩陣，從而避免了期望信號(hào)參與自適應(yīng)權(quán)矢量的計(jì)算；然后依據(jù)正交投影算法獲得的自適應(yīng)權(quán)矢量在干擾方向自適應(yīng)地形成零陷，有效地抑制干擾，并且不會(huì)在主瓣方向進(jìn)行相消，從而使得主瓣保形和旁瓣降低。
【專利說明】一種基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陣列信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陣列信號(hào)處理是信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它在雷達(dá)、通信、聲納、導(dǎo)航、語音信號(hào)處理、地震監(jiān)測以及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多軍事及國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。自適應(yīng)波束形成是陣列信號(hào)處理中的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容，其實(shí)質(zhì)就是通過對各陣元自適應(yīng)加權(quán)，進(jìn)行空域?yàn)V波，從而達(dá)到增強(qiáng)期望信號(hào)，抑制干擾信號(hào)和減弱噪聲信號(hào)的目的。最小方差無失真響應(yīng)(MVDR)是一種比較常用的算法，它通過在期望信號(hào)方向約束陣列增益為1，且使陣列輸出功率最小，從而達(dá)到抑制干擾的目的。協(xié)方差矩陣求逆(SMI)算法是實(shí)現(xiàn)MVDR算法的一種常用的方法，但在較低快拍時(shí)，此算法的輸出SINR和自適應(yīng)方向圖的收斂速度較慢。
[0003]在實(shí)際應(yīng)用中，綜合考慮硬件條件和環(huán)境因素，計(jì)算自適應(yīng)權(quán)值采用的采樣快拍數(shù)較少。為了在低快拍情況下，解決SMI算法帶來的問題，正交投影(OP)算法得到了廣泛的應(yīng)用，其實(shí)質(zhì)是將靜態(tài)權(quán)矢量投影到干擾子空間的正交補(bǔ)空間(即噪聲子空間)上，進(jìn)而得到自適應(yīng)權(quán)矢量。 此算法中，小特征值對應(yīng)的特征向量并沒有參與自適應(yīng)權(quán)矢量的計(jì)算，所以在低快拍條件下，此算法可使輸出SINR和自適應(yīng)方向圖快速收斂到最優(yōu)值。但是當(dāng)采樣快拍中含有期望信號(hào)時(shí)，OP算法的性能將會(huì)急劇下降，輸出SINR和自適應(yīng)方向圖的收斂速度大大降低。因?yàn)镺P算法將期望信號(hào)當(dāng)作干擾進(jìn)行抑制，導(dǎo)致期望信號(hào)相消、自適應(yīng)方向圖主瓣變形、旁瓣升高。所以，當(dāng)采樣快拍中含有期望信號(hào)時(shí)，OP算法將不能夠有效地抑制干擾及增強(qiáng)期望信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法，能夠在較低采樣快拍的情況下，有效地抑制干擾，并能使自適應(yīng)方向圖的主瓣保形和旁瓣降低，且能獲得較高的輸出SINR和較快的收斂速度。
[0005]本發(fā)明的基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法包括如下步驟:
[0006]步驟一，采用Capon空間譜對包含期望信號(hào)的采樣快拍信號(hào)在期望信號(hào)的角度范圍以外的角度范圍進(jìn)行積分，得到重構(gòu)的不含期望信號(hào)的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣；
[0007]步驟二，根據(jù)步驟一獲得的協(xié)方差矩陣估計(jì)干擾子空間，并根據(jù)正交投影自適應(yīng)波束形成方法獲得自適應(yīng)權(quán)矢量，進(jìn)而對接收到的回波進(jìn)行自適應(yīng)波束形成。
[0008]其中，步驟一中所述包含期望信號(hào)的采樣快拍信號(hào)模型Xx(t)為
[0009]Xx (t) = a ( Θ d) Sd (t) +AS (t) +N (t)
[0010]其中，a( Θ d)為期望信號(hào)的導(dǎo)向矢量；Θ ,為期望信號(hào)的入射角度；sd(t)為期望信號(hào)的復(fù)包絡(luò)；A= [a( Θ Ia(Q2)，…a(0p)]為陣列流型矩陣；a( θ )，i = 1，2^..ρ，為干擾信號(hào)的導(dǎo)向矢量；Θ i, i = 1，2，…P,為干擾信號(hào)的入射角度；S(t) = [S1 (t), S2(t),…Sp(t)]T,Si (t), i = l,2,...p,為第 i 個(gè)干擾信號(hào)的復(fù)包絡(luò)；N(t) = Ln1 (t), n2 (t),...，nN(t)]
為背景白噪聲；
[0011]重構(gòu)的不含期望信號(hào)的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣Rin為
【權(quán)利要求】
1.一種基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一，采用Capon空間譜對包含期望信號(hào)的采樣快拍信號(hào)在期望信號(hào)的角度范圍以外的角度范圍進(jìn)行積分，得到重構(gòu)的不含期望信號(hào)的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣； 步驟二，根據(jù)步驟一獲得的協(xié)方差矩陣估計(jì)干擾子空間，并根據(jù)正交投影自適應(yīng)波束形成方法獲得自適應(yīng)權(quán)矢量，進(jìn)而對接收到的回波進(jìn)行自適應(yīng)波束形成。
2.如權(quán)利要求1所述的基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法，其特征在于，步驟一中所述包含期望信號(hào)的采樣快拍信號(hào)模型Xx(t)為
Xx (t) = a ( Θ d) Sd (t) +AS (t) +N (t) 其中，a(0d)為期望信號(hào)的導(dǎo)向矢量；ed為期望信號(hào)的入射角度；Sd(t)為期望信號(hào)的復(fù)包絡(luò)；A= [aOlapdnpp)]為陣列流型矩陣；a(0i)，i = l，2n，為干擾信號(hào)的導(dǎo)向矢量；Θ i, i = 1，2，…P,為干擾信號(hào)的入射角度；S(t) = [S1 (t), S2 (t),…Sp(t)]T, Si (t)，i = 1，2，…p,為第i個(gè)干擾信號(hào)的復(fù)包絡(luò)；N (t) = Ln1 (t)，n2 (t)，…，nN(t)]為背景白噪聲； 重構(gòu)的不含期望信號(hào)的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣Rin為
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法，其特征在于，所述期望信號(hào)的角度范圍為3dB波束寬度。
4.如權(quán)利要求2所述的基于協(xié)方差矩陣重構(gòu)的正交投影自適應(yīng)波束形成方法，其特征在于，步驟二中，首先對不含期望信號(hào)的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣Rin進(jìn)行特征值分解，利用MDL準(zhǔn)則估計(jì)出干擾信號(hào)的個(gè)數(shù)為P，選取Rin的特征向量&的前P個(gè)列向量組成干擾子空間的估計(jì)Us，即隊(duì):=!^,W2,..，《/"];然后根據(jù)估計(jì)出的干擾子空間，采用正交投影自適應(yīng)波束形成方法，求解出自適應(yīng)權(quán)矢量W ;最后利用自適應(yīng)權(quán)矢量W對接收到的回波進(jìn)行自適應(yīng)波束形成。
【文檔編號(hào)】G06F17/16GK103984676SQ201410168049
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】楊小鵬, 曾濤, 閆路, 張宗傲, 龍騰 申請人:北京理工大學(xué)