[发明专利]一种多径利用的自适应相干波束形成方法

权利要求书

1.一种多径利用的自适应相干波束形成方法，其特征在于，包括如下：

(1)在窄带多径环境下，雷达产生发射信号S，得到阵列雷达回波数据X；

(2)根据回波数据X，计算阵列协方差矩阵R_x；

(3)根据阵列协方差矩阵R_x，得到估计多径反射系数

(4)对估计多径反射系数进行约束，求得最优加权向量W_opt：

4a)对回波数据X在各阵元上的分量进行加权求和，求得阵列输出y：

y＝W^HX

＝W^H[a(θ₁)+ρa(θ₂)]S+W^HP

＝W^Ha(θ₁)S+W^Hρa(θ₂)S+W^HP

其中，(·)^H表示矩阵的共轭转置运算，W为加权向量，a(θ₁)为直达波方向的导向矢量，a(θ₂)为多径波方向的导向矢量，ρ为多径反射系数，P＝[p₁,p₂,…,p_N]^T为阵列的高斯白噪声，N表示阵元个数，W^Ha(θ₁)S为直达波信号分量，W^Hρa(θ₂)S为多径波信号分量；

4b)对直达波信号分量W^Ha(θ₁)S进行固定，对多径波信号分量W^Hρa(θ₂)S进行约束，然后最小化方差，得到优化方程BP：

其中，表示取最小的W，s.t.表示约束条件，(·)^T表示矩阵的转置运算；

4c)解优化方程BP，得到最优加权向量W_opt：

其中，(·)^-1表示矩阵求逆，A为空间阵列流型矩阵，A＝[a(θ₁),a(θ₂)]，F为1×2维的函数矢量，F＝[1,ρ^-1]；

(5)根据最优加权向量W_opt，得到自适应波束形成

2.根据权利要求1所述的方法，其中(1)中的阵列雷达回波数据X，表示如下：

X＝[a(θ₁)+ρa(θ₂)]S+P＝AΓS+P

其中，a(θ₁)为直达波方向的导向矢量，a(θ₂)为多径波方向的导向矢量，A＝[a(θ₁),a(θ₂)]为空间阵列流型矩阵，Γ＝[1,ρ]^T表示反射系数矢量，P＝[p₁,p₂,…,p_N]^T为阵列的高斯白噪声，N表示阵元个数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中(2)中的阵列协方差矩阵R_x，通过下式计算：

R_x＝E[XX^H]

＝AΓR_sΓ^HA^H+σ_n²I_N

其中，E[·]表示取均值运算，R_s为信号的协方差矩阵，R_s＝E[SS^H]，I_N为N×N维的单位矩阵，σ_n²为噪声方差。

4.根据权利要求1所述的方法，其中(3)中根据阵列协方差矩阵R_x，得到估计多径反射系数按如下步骤进行：

3a)对阵列协方差矩阵R_x进行特征值分解，得到噪声子空间U_n：

R_x＝U_sΛ_sU_s^H+U_nΛ_nU_n^H，

其中，U_s为信号子空间，Λ_s为R_x的大特征值组成的对角阵，Λ_n为R_x的小特征值组成的对角阵；

3b)根据信号子空间U_S与噪声子空间U_N的正交性，得方程组UA：

UA:

其中，||·||表示矩阵的Frobenius范数；

3c)解方程组UA，求得估计反射系数矢量

其中，g＝[1,0]^T表示2×1维的常数矢量；

3d)根据估计反射系数矢量得到估计多径反射系数

其中，b＝[0,1]表示1×2维的常数矢量。