[发明专利]基于子空间的干扰噪声协方差矩阵重构的波束形成方法

权利要求书

1.基于子空间的干扰噪声协方差矩阵重构的波束形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、由M个阵元构成的均匀线阵接收到D个来自远场信源的信号，所述D个信号的来波方向为θ_d，设第1个信号为期望信号，其余D-1个均为干扰信号，所述D个信号之间互不相关，且信号与噪声之间互不相关，则第n个快拍下阵列接收数据记为其中，s_d(n)和a(θ_d)分别为第d个信号的基带信号波形和导向矢量，v(n)表示阵列接收到的零均值高斯白噪声矢量，则阵列接收到的N个快拍数据可表示为：X＝[x(1),…,x(N)]，由阵列接收数据矩阵X可以得到阵列接收数据的样本协方差矩阵其中，M为整数，D为整数，N为整数，d＝1,2,…,D，-90°≤θ_d≤90°，n＝1,2,...,N；

S2、对样本协方差矩阵进行特征值分解其中ν_i,i＝1,2,…,M为按降序排列的特征值，即ν₁≥ν₂≥…≥ν_M，e_i为ν_i对应的特征向量，E_s＝[e₁,e₂,…,e_D]和E_n＝[e_D+1,…,e_M]分别为信号子空间和噪声子空间矩阵，Δ_s＝diag{ν₁,ν₂,…,ν_D}和Δ_n＝diag{ν_D+1,…,ν_M}为其对应的对角阵，估计噪声的功率为σ^2=1M-DΣi=D+1Mνi;]]>

S3、设阵列接收的D-1个干扰信号的来波方向估计值为设该角度区间为在每个角度区间为Θ_d上进行相应的导向矢量及其信号功率的估计，联合噪声功率从而对干扰噪声协方差矩阵进行重构，得到

S4、设真实来波方向θ₁角度区间为对其进行区间离散化为包含J₁个元素的角度集合对角度集合中每个角度θ_j上采用Capon空间谱估计算法，得到其信号协方差矩阵并对矩阵C_s进行特征值分解其中β_i,i＝1,2,…,M为按降序排列的特征值，即β₁≥β₂≥…≥β_M，d_i为β_i对应的特征向量，采用其最大特征值β₁对应的特征向量d₁作为期望信号导向矢量的估计，即其中，J₁为整数；

S5、联合S3所得的干扰噪声协方差矩阵和S4所估计的期望信号导向矢量得到基于子空间干扰噪声协方差矩阵重构(IPNCM-Sub)的波束形成wIPNCM-Sub=R^i+n-1a^(θ1)a^H(θ1)R^i+n-1a^(θ1).]]>

2.根据权利要求1所述的基于子空间的干扰噪声协方差矩阵重构的波束形成方法，其特征在于：S3所述得到的具体方法为：

S31、将第d个信号的角度区间Θ_d进行区间离散化为包含J_d个元素的角度集合对角度集合中每个角度θ_j上采用Capon空间谱估计算法，得到每个角度的功率估计从而得到第d个信号的协方差矩阵Cd=Σj=1JdσCapon2(θj)a(θj)aH(θj)=Σj=1Jda(θj)aH(θj)aH(θj)R^x-1a(θj),]]>其中，J_d为整数；

S32、对第d个信号的协方差矩阵C_d进行特征值分解其中，γ_i,i＝1,2,…,M为按降序排列的特征值，即γ₁≥γ₂≥…≥γ_M，b_i为γ_i对应的特征向量，B_s＝[b₁,b₂,…,b_K]和B_n＝[b_K+1,…,b_M]分别为信号子空间和噪声子空间矩阵，Ω_s＝diag{γ₁,γ₂,…,γ_K}和Ω_n＝diag{γ_K+1,…,γ_M}为其对应的对角阵，信号子空间的维度K由参数ρ(0＜ρ＜1)给定，即K为满足条件时最小的整数，第d个信号的导向矢量存在于由矩阵B_s的列向量b_i,i＝1,2,…,K所张成的信号子空间，即该导向矢量可以由矩阵B_s的各个列向量b_i进行线性表出，即第d个信号的导向矢量属于集合其中，α_B∈R^K×1是相应的实数系数向量；

S33、第d个信号的导向矢量也存在于由矩阵E_s的列向量所张成的信号子空间，即该导向矢量可以由矩阵E_s的各个列向量进行线性表出，即第d个信号的导向矢量属于以下的集合其中，α_E∈R^D×1是相应的实数系数向量；

S34、采用投影交替算法求取两个集合Ξ_E和Ξ_B的交集作为第d个信号的导向矢量的估计，即其中，和分别为样本协方差矩阵和第d个信号协方差矩阵C_d的投影矩阵，Υ(P_BP_E)表示取矩阵P_BP_E最大特征值所对应的特征向量，联合样本协方差矩阵得到第d个信号的功率估计σ^d2(θd)=1a^H(θd)R^x-1a^(θd);]]>

S35、对D-1个干扰信号均在相应的角度区间Θ_d,d＝2,3,…,D重复S31～S34的操作，估计所有D-1个干扰信号的导向矢量及其功率联合噪声功率重构干扰噪声协方差矩阵