一種基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法。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的信號模型，并對該信號模型的協(xié)方差矩陣進行重構，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參與自適應權矢量的計算；然后依據(jù)正交投影算法獲得的自適應權矢量在干擾方向自適應地形成零陷，有效地抑制干擾，并且不會在主瓣方向進行相消，從而使得主瓣保形和旁瓣降低。
【專利說明】一種基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及陣列信號處理【技術領域】，具體涉及一種基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法。
【背景技術】
[0002]陣列信號處理是信號處理領域的一個重要分支，它在雷達、通信、聲納、導航、語音信號處理、地震監(jiān)測以及生物醫(yī)學工程等眾多軍事及國民經濟領域得到了廣泛的應用。自適應波束形成是陣列信號處理中的一項重要研究內容，其實質就是通過對各陣元自適應加權，進行空域濾波，從而達到增強期望信號，抑制干擾信號和減弱噪聲信號的目的。最小方差無失真響應(MVDR)是一種比較常用的算法，它通過在期望信號方向約束陣列增益為1，且使陣列輸出功率最小，從而達到抑制干擾的目的。協(xié)方差矩陣求逆(SMI)算法是實現(xiàn)MVDR算法的一種常用的方法，但在較低快拍時，此算法的輸出SINR和自適應方向圖的收斂速度較慢。
[0003]在實際應用中，綜合考慮硬件條件和環(huán)境因素，計算自適應權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用，其實質是將靜態(tài)權矢量投影到干擾子空間的正交補空間(即噪聲子空間)上，進而得到自適應權矢量。 此算法中，小特征值對應的特征向量并沒有參與自適應權矢量的計算，所以在低快拍條件下，此算法可使輸出SINR和自適應方向圖快速收斂到最優(yōu)值。但是當采樣快拍中含有期望信號時，OP算法的性能將會急劇下降，輸出SINR和自適應方向圖的收斂速度大大降低。因為OP算法將期望信號當作干擾進行抑制，導致期望信號相消、自適應方向圖主瓣變形、旁瓣升高。所以，當采樣快拍中含有期望信號時，OP算法將不能夠有效地抑制干擾及增強期望信號。

【發(fā)明內容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法，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)方差矩陣重構的正交投影自適應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的采樣快拍信號在期望信號的角度范圍以外的角度范圍進行積分，得到重構的不含期望信號的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣；
[0007]步驟二，根據(jù)步驟一獲得的協(xié)方差矩陣估計干擾子空間，并根據(jù)正交投影自適應波束形成方法獲得自適應權矢量，進而對接收到的回波進行自適應波束形成。
[0008]其中，步驟一中所述包含期望信號的采樣快拍信號模型Xx(t)為
[0009]Xx (t) = a ( Θ d) Sd (t) +AS (t) +N (t)
[0010]其中，a( Θ d)為期望信號的導向矢量；Θ ,為期望信號的入射角度；sd(t)為期望信號的復包絡；A= [a( Θ Ia(Q2)，…a(0p)]為陣列流型矩陣；a( θ )，i = 1，2^..ρ，為干擾信號的導向矢量；Θ i, i = 1，2，…P,為干擾信號的入射角度；S(t) = [S1 (t), S2(t),…Sp(t)]T,Si (t), i = l,2,...p,為第 i 個干擾信號的復包絡；N(t) = Ln1 (t), n2 (t),...，nN(t)]
為背景白噪聲；
[0011]重構的不含期望信號的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣Rin為
【權利要求】
1.一種基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法，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的采樣快拍信號在期望信號的角度范圍以外的角度范圍進行積分，得到重構的不含期望信號的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣； 步驟二，根據(jù)步驟一獲得的協(xié)方差矩陣估計干擾子空間，并根據(jù)正交投影自適應波束形成方法獲得自適應權矢量，進而對接收到的回波進行自適應波束形成。
2.如權利要求1所述的基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法，其特征在于，步驟一中所述包含期望信號的采樣快拍信號模型Xx(t)為
Xx (t) = a ( Θ d) Sd (t) +AS (t) +N (t) 其中，a(0d)為期望信號的導向矢量；ed為期望信號的入射角度；Sd(t)為期望信號的復包絡；A= [aOlapdnpp)]為陣列流型矩陣；a(0i)，i = l，2n，為干擾信號的導向矢量；Θ i, i = 1，2，…P,為干擾信號的入射角度；S(t) = [S1 (t), S2 (t),…Sp(t)]T, Si (t)，i = 1，2，…p,為第i個干擾信號的復包絡；N (t) = Ln1 (t)，n2 (t)，…，nN(t)]為背景白噪聲； 重構的不含期望信號的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣Rin為
3.如權利要求1或2所述的基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法，其特征在于，所述期望信號的角度范圍為3dB波束寬度。
4.如權利要求2所述的基于協(xié)方差矩陣重構的正交投影自適應波束形成方法，其特征在于，步驟二中，首先對不含期望信號的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣Rin進行特征值分解，利用MDL準則估計出干擾信號的個數(shù)為P，選取Rin的特征向量&的前P個列向量組成干擾子空間的估計Us，即隊:=!^,W2,..，《/"];然后根據(jù)估計出的干擾子空間，采用正交投影自適應波束形成方法，求解出自適應權矢量W ;最后利用自適應權矢量W對接收到的回波進行自適應波束形成。
【文檔編號】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