[发明专利]一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及阵列天线的信号处理领域，具体涉及一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统。

背景技术

基于阵列天线的各种优势与现有技术的要求，阵列天线在雷达、地震勘测、声呐、移动通信、射电天文和电子医疗工程等应用方面有着重要的地位。在应用阵列天线时，对阵列信号的处理显得尤为重要，因为阵列天线信号多且包含了较多的干扰，只有对阵列信号进行有效的提取和处理才能识别出我们所需要的信号。

Capon自适应波束形成技术指的是，让阵列的输出信号的功率和干扰信号加噪声信号的功率的比值最大，波束的主瓣一定要对准期望信号方向,而在干扰信号方向要形成零陷,这样就可以达到增强期望信号的同时也抑制干扰信号的效果,并能够使得输出信号的信干噪比达到最大,即能够有效地提高阵列的输出性能。

但是，现有的Capon自适应波束形成容易受到阵列信号中的互耦误差影响，使Capon波形形成的稳定性差、无法精确地在干扰信号方向形成零限，且期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比偏低，不能起到增强期望信号，抑制干扰信号的目的。

发明内容

本发明提供了一种稳健性好且天线增益比高的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统。

本方案中的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成系统，包括：

方向矢量估计器，对波达方向角度进行估计，各个方向角度形成了方向矢量；

采样器，对阵列信号进行多次采样，得到信号加干扰的采样协方差矩阵；

互耦矩阵形成器，根据接收到的阵列信号形成互耦矩阵；

权矢量形成器，权矢量形成器，对方向矢量估计器得到的方向矢量、采样器得到的采样协方差矩阵和来自互耦矩阵形成器的输出进行处理，得到权矢量；

波束形成器，根据权矢量形成器得到的权矢量进行波束形成。

本方案的有益效果是：1.通过互耦矩阵对接收的阵列数据进行补偿，校正了接收的阵列数据中的互耦误差，提高了自适应波束形成算法的稳健性；2.互耦矩阵校正了阵列数据的互耦误差，在干扰信号方向精确地形成了零陷，还提高了期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比。

进一步，方向矢量中的波达方向角度采用基于压缩感知的波达方向角估计方法。

该方法估计得到的波达方向角度准确，保证波束形成的收敛性。

进一步，互耦矩阵形成器包括互耦误差判断器。

当发现接收到的阵列信号不存在互耦误差时，互耦误差矩阵为单位矩阵，避免过度校正。

针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成系统的波束形成方法，包括以下步骤：

S1，采样数据，通过最大似然估计法进行多次采样得到阵列的采样信号，形成信号加干扰的采样协方差矩阵R_x；

S2，获取互耦矩阵，根据接收到的阵列信号形成互耦矩阵Z^-1；

S3，导向向量，通过波达方向角度估计方法得到波达信号的角度，并由波达信号的角度形成导向向量；

S4，权矢量计算，根据导向向量、协方差矩阵和互耦矩阵可形成权矢量为，；

S5，波束形成，根据获得的权矢量并最终形成信号波束。

本方法在利用互耦矩阵对接收到的具有互耦误差的阵列信号进行校正，提高了自适应算法的稳健性，保证在干扰信号方向精确地形成零陷，提高了期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比，使期望信号更突出。

进一步，互耦矩阵为满秩矩阵。

满秩矩阵保证互耦矩阵存在唯一的逆矩阵，无需在求逆矩阵时还要求其广义逆矩阵，减少了运算量。

进一步，在没有互耦误差时，互耦矩阵为单位矩阵。

互耦矩阵在没有互耦误差时为单位矩阵，避免过度校正。

附图说明

图1为本发明实施例中波束形成系统的框图结构；

图2为图1所示系统的方法流程图；

图3为标准Capon波束形成方向图；

图4为存在一定互耦误差的情况下的Capon波束形成方向图；

图5为基于压缩感知的DOA估计方法得到期望信号方向矢量以及互耦补偿法后存在互耦误差的情况下的Capon波束形成方向图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。