專利名稱：基于到達(dá)角誤差約束的寬帶波束合成方法及合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陣列信號處理領(lǐng)域，尤其涉及基于到達(dá)角誤差約束的寬帶波束合成方法及合成器。
背景技術(shù)：
陣元接收的寬帶信號之間存在與頻率相關(guān)的相位差，所以常規(guī)的復(fù)數(shù)加權(quán)直接應(yīng)用于寬帶波束合成時，合成性能并不能達(dá)到最佳。寬帶波束合成以Frost波束合成器為基礎(chǔ)，在實際應(yīng)用中，由于陣列存在幅相不一致、陣元位置誤差、互耦及到達(dá)角誤差的影響，波束合成性能受到很大的影響，所以穩(wěn)健性是寬帶波束合成關(guān)鍵因素。穩(wěn)健寬帶波束合成對于實現(xiàn)信號的空域濾波，從而提高期望信號的質(zhì)量具有重要作用。穩(wěn)健寬帶波束合成可以應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、無線通信等陣列信號處理系統(tǒng)中。Frost波束合成器如

圖1所示，包括陣元11，時延濾波器12，波束加權(quán)器13。設(shè)定M個信號接收陣元等距直線分布，不失一般性，假定陣元1處于坐標(biāo)原點，各陣元的位置分別為 rm= [(m-l)d 0 0]T(m= 1，···，Μ)，信號到達(dá)方向 r = (sin Φ sin θ ,sin Φ cos θ， (308φ)，這里θ和φ分別表示方位角和俯仰角，[]τ表示矩陣轉(zhuǎn)置，d為陣元間距
權(quán)利要求
1.基于到達(dá)角誤差約束的寬帶波束合成方法，其特征在于，包括步驟1，將單位矩陣乘以系數(shù)β后與協(xié)方差矩陣相加得到更新后的協(xié)方差矩陣；
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶波束合成方法，其特征在于，在無法得到滿足條件
3.如權(quán)利要求1或2所述的寬帶波束合成方法，其特征在于，步驟2中，對更新后的協(xié)方差矩陣進(jìn)行三角分解以優(yōu)化運算。
4.如權(quán)利要求1所述的寬帶波束合成方法，其特征在于，通過內(nèi)點迭代法計算W。
5.一種基于到達(dá)角誤差約束的寬帶波束合成器，包括陣元、整數(shù)時延濾波器以及波束加權(quán)器，其特征在于，波束加權(quán)器的加權(quán)系數(shù)W根據(jù)如權(quán)利要求1-4任意一項所述的寬帶波束合成方法求得。
6. 一種基于到達(dá)角誤差約束的寬帶波束合成方法，其特征在于，包括 步驟10，第一寄存器組存儲數(shù)據(jù)向量中的數(shù)據(jù)；第二寄存器組存儲初始化的參數(shù)值， 包括到達(dá)角θ，到達(dá)角誤差Δ θ，矩陣B，矩陣C，d(f)和g(f)，參數(shù)β和ε ； 步驟20，矩陣乘法電路對數(shù)據(jù)向量進(jìn)行處理得到協(xié)方差矩陣； 步驟30，矩陣加法電路將第二寄存器中的β與單位矩陣I乘積與協(xié)方差矩陣相加得到更新后的協(xié)方差矩陣；步驟40，矩陣三角分解電路對更新后的協(xié)方差矩陣進(jìn)行三角分解得到上三角矩陣； 步驟50，內(nèi)點迭代法電路根據(jù)公式步驟60，判定W是否滿足條件 max(abs(H(0, /))) - mm(abs(H(0, /))) > ε/ΘΕ[Θ-ΑΘ,Θ + ΑΘ]加權(quán)器的加權(quán)系數(shù)，否則更改β的值，執(zhí)行步驟30;如果是，則W作為Frost波束合成器中U為上三角矩陣，Lfflid = (L+l) /2，Tffl為第m個陣元的時間延遲，W是Frost波束合成器中加權(quán)器的加權(quán)系數(shù)，L是Frost波束合成器中加權(quán)器的階數(shù)，L為奇數(shù)，M是陣元數(shù)量，d為陣元間距，c為光速，f為基帶信號的頻率范圍，f^為載波頻率，Ttl和ε為常數(shù)，Ts為采樣周期，ν為中間變量，Δ θ為到達(dá)角誤差，w〖是第1列加權(quán)器的加權(quán)系數(shù)，1 = 1，......，L。
7.如權(quán)利要求6的寬帶波束合成方法，其特征在于，在更改β的值時，將β乘以α得到的結(jié)果作為β的值，α為常數(shù)步長。
8.一種基于到達(dá)角誤差約束的寬帶波束合成器，其特征在于，包括 第一寄存器組，用于存儲數(shù)據(jù)向量中的數(shù)據(jù)；第二寄存器組，用于存儲初始化的參數(shù)值，包括到達(dá)角θ，到達(dá)角誤差Δ θ，矩陣B，矩陣C，d(f)和g(f)，參數(shù)β和ε ；矩陣乘法電路，用于對數(shù)據(jù)向量進(jìn)行處理得到協(xié)方差矩陣；矩陣加法電路，用于將協(xié)方差矩陣與第二寄存器中的β I相加得到更新后的協(xié)方差矩陣，β為系數(shù)，I為單位矩陣；矩陣三角分解電路，用于對更新后的協(xié)方差矩陣進(jìn)行三角分解得到上三角矩陣； 內(nèi)點迭代法電路，用于根據(jù)公式 minI I Uff IS't'^^m，Lmifl _ ^m'Lmid+l τ ~-I ^θ-cosθ(-J2πf)Ψτ {f) m\< ν 進(jìn)行內(nèi)點迭代，計算出 W ； cffTCBg (f) -ν 彡 1判定電路，用于判定W對應(yīng)的參數(shù)是否滿足條件 max(abs(H(e, /))) - rmn(abs(H(e, /))) > ε/ΘΕ[Θ-ΑΘ,Θ + ΑΘ]加權(quán)器的加權(quán)系數(shù)，否則更改β的值，并重新啟用矩陣加法電路；如果是，則W作為Frost波束合成器中H(^/) = wrd(/) D(/)a(/,^) (!(/) = [1廣凡,·. D(/) = diag(e~j27tm丨 Γ T [W1 ,W2T飛,Wj,6-JiKf(I-Y)Ts γ-j27lfTm\ Tffl = V X ffl,eΓ]2πβ·2eτ m = (m-1) sin θ /fa(/,約二[1,e~"0 ···01"0 ···1000B =1 ···00000 ···100 ···01C = Ir 1,e-J^f(M-I)SinffZfolTi =
T,L M ？ 1m= ni = I .... M；U為上三角矩陣，Lfflid = (L+l) /2，Tffl為第m個陣元的時間延遲，W是Frost波束合成器中加權(quán)器的加權(quán)系數(shù)，L是Frost波束合成器中加權(quán)器的階數(shù)，L為奇數(shù)，M是陣元數(shù)量，d為陣元間距，c為光速，f為基帶信號的頻率范圍，f^為載波頻率，Ttl和ε為常數(shù)，Ts為采樣周期，ν為中間變量，Δ θ為到達(dá)角誤差，w〖是第1列加權(quán)器的加權(quán)系數(shù)，1 = 1，......，L。
9. 一種寬帶波束合成裝置，其特征在于，包括天線陣，接收前端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，到達(dá)角估計模塊和寬帶波束合成器，其特征在于，所述寬帶波束合成器為如權(quán)利要求5或8所述的寬帶波束合成器。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于到達(dá)角誤差約束的寬帶波束合成方法及合成器。方法，其特征在于，包括步驟1，將單位矩陣乘以系數(shù)β后與協(xié)方差矩陣相加得到更新后的協(xié)方差矩陣；步驟2，根據(jù)公式min WTRxxW+βWTW計算W，并且該W滿WTCBg(f)-v≥1足條件本發(fā)明使得在到達(dá)角(DOA)誤差范圍內(nèi)使得信號的最大程度的通過，同時使得信號響應(yīng)有一定的波紋。
文檔編號H04B7/08GK102508228SQ20111028903
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者陸建華, 陳云, 黃振 申請人:清華大學(xué)