[发明专利]一种投影虚拟天线波束形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种通讯系统的控制方法，具体地说是一种提高虚拟天线抗干扰性能的方法。

背景技术

在当今的无线通信环境中，电磁干扰问题日益严重，环境因素限制日益突出，有时实际阵列天线在一些场合中的应用性能会下降甚至失效，因此，如何在保持阵列增益、输出信干噪比、波束宽度等指标的前提下，增加阵列的自由度、扩展阵列孔径已成为未来阵列的发展趋势之一，虚拟天线就是在这种需求下产生的，是目前最先进的阵列天线技术。已有的可产生虚拟阵元的方法，主要可以分为三类：针对高分辨率的波达方向估计提出的高阶累积量法，Friedlander等提出的阵列内插变换法，针对虚拟阵元波束形成的线性预测和最小二乘方法。

高阶累积量法扩展阵列的根本点在于用高阶累积量代替传统算法中的二阶累积量（协方差或者相关矩阵），利用冗余的数据构建虚拟阵元，可有效地产生虚拟阵元，但是高阶累积量的方法运算量很大，对硬件的要求比较高，在一些反应迅速的场合难以保证实时性；线性预测和最小二乘虚拟波束形成方法性能受限于实际阵列的配置和接收信号的相关性；阵列内插法通过在感兴趣的阵列扫描区域内进行插值，将实际阵列转化成预先设定的虚拟阵列，可有效地增加阵元数，突破二阶子空间类算法对入射信号数的限制，并可以实现按需转换阵列形式，以便应用各种优异的算法。另外，在低信噪比情况下，阵列内插虚拟变换方法的性能最好。由于阵列内插法具有如此多的优点，被认为是一种极具潜力的虚拟阵列天线策略。

国防科技大学的苏保伟在其博士论文“阵列数字波束形成技术研究”的第五章“虚拟变换自适应波束形成方法”中，利用阵列内插方法将任意形状阵列转化为虚拟等距均匀线阵，可以应用众多基于ULA阵的优异算法，并可以抑制超自由度的干扰，通过对自适应波束形成的抗干扰性能的仿真，发现虚拟天线对干扰的抑制增益并不高，尤其是当入射的信号数大于实际阵列天线的阵元数时，阵列增益低，相应地输出信干噪比比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高虚拟天线抗干扰性能的投影虚拟天线波束形成方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括如下步骤：

（1）对到达阵列天线的M个干扰信号方位进行预估计；

（2）确定变换区域Θ并进行内插变换，得到变换矩阵：在变换区域内均匀设置L个插值点，确定实际阵列天线和虚拟天线在各个插值点的导向矢量，并得到实际和虚拟阵列流形矩阵A和由公式得到变换矩阵B，其中Θ表示进行内插变换的空间角度区域，即干扰信号的来波方向；A表示变换区域内实际阵列天线的流形矩阵；表示变换区域内虚拟阵列天线的流形矩阵；B表示A矩阵和矩阵的变换关系；

（3）建立干扰子空间：由变换区域的协方差矩阵特征分解得到的大特征值对应的特征向量作为基向量，张成干扰子空间，计算变换区域内的协方差矩阵R_Θ，并对R_Θ进行特征分解，以R_Θ的M个大特征值对应的特征矢量作为基向量，张成干扰子空间P：P=span{υ-θ1,υ-θ2,···,υ-θM},]]>定义投影算子为：其中：R_Θ表示变换区域内接收到信号的协方差矩阵；表示对R_Θ进行谱分解所得到的第k个特征值；表示对R_Θ进行谱分解所得到的第k个特征值所对应的特征向量；T表示与相乘所得到的矩阵，即投影矩阵；