[发明专利]一种基于数据预处理的协方差矩阵正交化波束形成方法

权利要求书

1.一种基于数据预处理的协方差矩阵正交化波束形成方法，其特征在于：该方法实现的步骤如下：

步骤一、训练快拍数据的预处理；

①阵列天线所接收的信号模型建立；

对于N个阵元组成的阵列，在所有阵元各向同性的条件下，假设远场处有一个期望信号和M个窄带干扰信号分别从θ₀和θ₁,θ₂,...,θ_M方向以平面波入射到阵列上，则阵列接收的N×1维快拍数据矢量x(t)可以表示为：

x(t)＝As(t)+n(t)                                                  (1)

式中，x(t)＝[x₁(t),x₂(t),...,x_N(t)]^T，s(t)＝[s₀(t),s₁(t),...,s_M(t)]^T为M+1个互不相关的信号源复包络；n(t)＝[n₁(t),n₂(t),...,n_N(t)]^T为N×1维噪声矢量，A为阵列流形矩阵，具体表示为：

A＝[a(θ₀),a(θ₁),...,a(θ_M)]                                     (2)

a(θi)=[ejβ1,i,ejβ2,i,...,ejβN,i]T,i=0,1,...,M---(3)]]>

其中，β_n,i为第n个阵元与参考阵元接收到的第i个信号的相位差，其中，n＝1,2,...，N，i＝0,1,...,M；

②构造阻塞矩阵B，得到预处理后的训练快拍数据；

在①中所述的信号模型下，构造阻塞矩阵B为：

B=1-e-j(β2,0-β1,0)---00001-e-j(β3,0-β2,0)---00------------------00001-e-j(βN,0-βN-1,0)(N-1)×N---(4)]]>

利用阻塞矩阵对训练快拍数据x(k)进行预处理，剔除期望信号信息，得到不含期望信号信息的快拍数据矢量x′(k)为：

x′(k)＝Bx(k)                                                      (5)

其中，x′(k)＝[x₁′,x₂′,...,x_N-1′]^T；

步骤二、估计预处理后的采样协方差矩阵，构造干扰子空间；

利用预处理后的数据估计协方差矩阵并对协方差矩阵的列进行Gram-Schmidt正交化得到干扰子空间的一组归一化正交基Uⁱ，进而构造干扰子空间；

其中，在正交化过程中通过修正的自适应门限，自动确定重构干扰子空间的正交向量个数M修正的自适应门限Δ′(k)为：

Δ′(k)=(1.5σ′R)2·2(N-1)(1+Σi=1k-1β′ki2)σR′2≈σ′2||R′^(k)||KN-1β′ki2=|(R′^(k),Ui)|2|Ui′|2---(6)]]>

其中，表示协方差矩阵的第k列，表示中所含噪声分量的方差，表示中间变量，σ表示阵元噪声均方差，i为变量；正交化过程中，如果满足：

‖U′_k‖²＜Δ′(k)1＜k＜N-1                                       (7)

则停止正交化，正交向量个数M＝k-1，Uⁱ＝[U₁,U₂,...,U_k-1]为干扰子空间的一组归一化正交基，利用Uⁱ重构干扰子空间；

步骤三、自适应权矢量求解；

利用步骤二中所求的干扰子空间的一组归一化正交基Uⁱ＝[U₁,U₂,...,U_k-1]，按下式求解自适应权矢量w_MROS：

wMRGS=wq-Σj=1k-1UjHwqUj---(8)]]>

其中，w_q为天线阵列的静态权矢量，j为变量。

步骤四、求取天线阵列输出信号；

根据得到的自适应权矢量w_MRGS，对阵列接收的信号进行加权处理得到天线阵列的输出信号y(t)。