本發(fā)明涉及陣列天線的信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)互耦誤差的capon穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于陣列天線的各種優(yōu)勢(shì)與現(xiàn)有技術(shù)的要求，陣列天線在雷達(dá)、地震勘測(cè)、聲吶、移動(dòng)通信、射電天文和電子醫(yī)療工程等應(yīng)用方面有著重要的地位。在應(yīng)用陣列天線時(shí)，對(duì)陣列信號(hào)的處理顯得尤為重要，因?yàn)殛嚵刑炀€信號(hào)多且包含了較多的干擾，只有對(duì)陣列信號(hào)進(jìn)行有效的提取和處理才能識(shí)別出我們所需要的信號(hào)。

capon自適應(yīng)波束形成技術(shù)指的是，讓陣列的輸出信號(hào)的功率和干擾信號(hào)加噪聲信號(hào)的功率的比值最大，波束的主瓣一定要對(duì)準(zhǔn)期望信號(hào)方向,而在干擾信號(hào)方向要形成零陷,這樣就可以達(dá)到增強(qiáng)期望信號(hào)的同時(shí)也抑制干擾信號(hào)的效果,并能夠使得輸出信號(hào)的信干噪比達(dá)到最大,即能夠有效地提高陣列的輸出性能。

但是，現(xiàn)有的capon自適應(yīng)波束形成容易受到陣列信號(hào)中的互耦誤差影響，使capon波形形成的穩(wěn)定性差、無(wú)法精確地在干擾信號(hào)方向形成零限，且期望信號(hào)方向與干擾信號(hào)方向的天線增益比偏低，不能起到增強(qiáng)期望信號(hào)，抑制干擾信號(hào)的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種穩(wěn)健性好且天線增益比高的針對(duì)互耦誤差的capon穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法及系統(tǒng)。

本方案中的針對(duì)互耦誤差的capon穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成系統(tǒng)，包括：

方向矢量估計(jì)器，對(duì)波達(dá)方向角度進(jìn)行估計(jì)，各個(gè)方向角度形成了方向矢量；

采樣器，對(duì)陣列信號(hào)進(jìn)行多次采樣，得到信號(hào)加干擾的采樣協(xié)方差矩陣；

互耦矩陣形成器，根據(jù)接收到的陣列信號(hào)形成互耦矩陣；

權(quán)矢量形成器，權(quán)矢量形成器，對(duì)方向矢量估計(jì)器得到的方向矢量、采樣器得到的采樣協(xié)方差矩陣和來(lái)自互耦矩陣形成器的輸出進(jìn)行處理，得到權(quán)矢量；

波束形成器，根據(jù)權(quán)矢量形成器得到的權(quán)矢量進(jìn)行波束形成。

本方案的有益效果是：1.通過(guò)互耦矩陣對(duì)接收的陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，校正了接收的陣列數(shù)據(jù)中的互耦誤差，提高了自適應(yīng)波束形成算法的穩(wěn)健性；2.互耦矩陣校正了陣列數(shù)據(jù)的互耦誤差，在干擾信號(hào)方向精確地形成了零陷，還提高了期望信號(hào)方向與干擾信號(hào)方向的天線增益比。

進(jìn)一步，方向矢量中的波達(dá)方向角度采用基于壓縮感知的波達(dá)方向角估計(jì)方法。

該方法估計(jì)得到的波達(dá)方向角度準(zhǔn)確，保證波束形成的收斂性。

進(jìn)一步，互耦矩陣形成器包括互耦誤差判斷器。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)接收到的陣列信號(hào)不存在互耦誤差時(shí)，互耦誤差矩陣為單位矩陣，避免過(guò)度校正。

針對(duì)互耦誤差的capon穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成系統(tǒng)的波束形成方法，包括以下步驟：

s1，采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)最大似然估計(jì)法進(jìn)行多次采樣得到陣列的采樣信號(hào)，形成信號(hào)加干擾的采樣協(xié)方差矩陣rx；

s2，獲取互耦矩陣，根據(jù)接收到的陣列信號(hào)形成互耦矩陣z^-1；

s3，導(dǎo)向向量，通過(guò)波達(dá)方向角度估計(jì)方法得到波達(dá)信號(hào)的角度，并由波達(dá)信號(hào)的角度形成導(dǎo)向向量；

s4，權(quán)矢量計(jì)算，根據(jù)導(dǎo)向向量、協(xié)方差矩陣和互耦矩陣可形成權(quán)矢量為，；

s5，波束形成，根據(jù)獲得的權(quán)矢量并最終形成信號(hào)波束。

本方法在利用互耦矩陣對(duì)接收到的具有互耦誤差的陣列信號(hào)進(jìn)行校正，提高了自適應(yīng)算法的穩(wěn)健性，保證在干擾信號(hào)方向精確地形成零陷，提高了期望信號(hào)方向與干擾信號(hào)方向的天線增益比，使期望信號(hào)更突出。

進(jìn)一步，互耦矩陣為滿秩矩陣。

滿秩矩陣保證互耦矩陣存在唯一的逆矩陣，無(wú)需在求逆矩陣時(shí)還要求其廣義逆矩陣，減少了運(yùn)算量。

進(jìn)一步，在沒有互耦誤差時(shí)，互耦矩陣為單位矩陣。

互耦矩陣在沒有互耦誤差時(shí)為單位矩陣，避免過(guò)度校正。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中波束形成系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)；

圖2為圖1所示系統(tǒng)的方法流程圖；

圖3為標(biāo)準(zhǔn)capon波束形成方向圖；

圖4為存在一定互耦誤差的情況下的capon波束形成方向圖；

圖5為基于壓縮感知的doa估計(jì)方法得到期望信號(hào)方向矢量以及互耦補(bǔ)償法后存在互耦誤差的情況下的capon波束形成方向圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示為本實(shí)施例的波束形成系統(tǒng)，針對(duì)等距均勻線陣陣列天線的，采樣器對(duì)陣列信號(hào)進(jìn)行采樣得到采樣協(xié)方差矩陣，互耦矩陣形成器包括能判斷是否具有互耦誤差的互耦誤差判斷器，在具有互耦誤差時(shí)，互耦矩陣形成器根據(jù)接收到的陣列信號(hào)形成互耦矩陣，權(quán)矢量形成器根據(jù)互耦矩陣和接收的陣列信號(hào)得到權(quán)矢量，權(quán)矢量和方向矢量估計(jì)器上的方向矢量最終實(shí)現(xiàn)波束形成。

方向矢量估計(jì)器根據(jù)基于壓縮感知的波達(dá)方向角估計(jì)方法得到波達(dá)角度值，并將波達(dá)角度值組成方向矢量。

針對(duì)上述波束形成系統(tǒng)的形成方法，如圖2所示，包括以下步驟：

s1，采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)最大似然估計(jì)法進(jìn)行多次采樣得到陣列的采樣信號(hào)，形成信號(hào)加干擾的采樣協(xié)方差矩陣rx；

s2，獲取互耦矩陣，根據(jù)接收到的陣列信號(hào)形成互耦矩陣z^-1；

s3，導(dǎo)向向量，通過(guò)波達(dá)方向角度估計(jì)方法得到波達(dá)信號(hào)的角度，并由波達(dá)信號(hào)的角度形成導(dǎo)向向量；

s4，權(quán)矢量計(jì)算，根據(jù)導(dǎo)向向量、協(xié)方差矩陣和互耦矩陣可形成權(quán)矢量為，；

s5，波束形成，根據(jù)獲得的權(quán)矢量并最終形成信號(hào)波束。

在當(dāng)方向矢量仍取為時(shí)，對(duì)y進(jìn)行自適應(yīng)處理后的信號(hào)輸出與采用方向矢量補(bǔ)償直接對(duì)x自適應(yīng)處理的輸出結(jié)果完全相同，進(jìn)而，兩者的輸出信干噪比也是等價(jià)的。則最優(yōu)自適應(yīng)權(quán)矢量可以表示為，。

這種等效互耦補(bǔ)償方法的具體做法為：只對(duì)接收的陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償而導(dǎo)向矢量保持不變。根據(jù)上面的推導(dǎo)，此方法可以有效地校正互耦誤差，提高自適應(yīng)波速形成算法的穩(wěn)健性。

對(duì)波束形成后的方向圖進(jìn)行仿真，使用matlab2012仿真軟件，陣元數(shù)目設(shè)置為10，陣元數(shù)目為1，來(lái)波方向0°，干擾源數(shù)目設(shè)置為2，得到如圖3至圖5所示結(jié)果圖，對(duì)比分析各圖可以得到，通過(guò)互耦矩陣對(duì)接收的陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，校正了接收的陣列數(shù)據(jù)中的互耦誤差，提高了自適應(yīng)波束形成算法的穩(wěn)健性；互耦矩陣校正了陣列數(shù)據(jù)的互耦誤差，在干擾信號(hào)方向精確地形成了零陷，還提高了期望信號(hào)方向與干擾信號(hào)方向的天線增益比。

以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施例，方案中公知的具體結(jié)構(gòu)及特性等常識(shí)在此未作過(guò)多描述。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。本申請(qǐng)要求的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，說(shuō)明書中的具體實(shí)施方式等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。