[发明专利]一种对称噪声中非对称信号的稳健自适应波束形成方法

说明书

本发明公开了一种对称噪声中非对称信号的稳健自适应波束形成方法，该方法首先构建全空间的邻域误差矢量表；第二对阵列接收信号的三阶累积量矩阵对角线加载，基于对角线加载的Capon三阶空间谱，估计出期望信号和各干扰波达方向初值，确定只包含噪声的角度区域集合；第三通过邻域寻优方法估计出更准确的期望信号和干扰的导向矢量，并生成虚拟干扰协方差矩阵；第四对阵列接收信号，计算局部的Capon空间互功率谱，估计出噪声协方差矩阵；最后利用获得的期望信号导向矢量、虚拟干扰协方差矩阵和噪声协方差矩阵获得最佳权矢量，对阵列接收信号形成稳健的自适应波束输出，提升了自适应波束器的稳健性。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域中波束形成研究领域，特别涉及一种对称噪声中非对称信号的稳健自适应波束形成方法。

背景技术

在现有的稳健自适应波束形成方法中，比较具有代表性的方法有：线性约束最小方差方法、对角加载方法、特征子空间方法以及不确定集方法。但是，考虑到参数选择的不确定性以及算法本身固有性质的约束，这些波束形成方法的性能在阵列误差存在的情况下会有较为明显的衰减，并不能取得理想的效果。

近年来，研究了基于干扰加噪声协方差矩阵重构的自适应波束形成方法，更具稳健性。该方法主要是利用Capon空间功率谱，将其在非期望信号角度区域内的积分作为干扰加噪声协方差矩阵的估计值，有效地剔除了期望信号成分。但是，该重构方法只是直接利用Capon空间功率谱在非期望信号角度区域内对角度变量进行积分，最终重构的干扰加噪声协方差矩阵不够精确，致使该方法只对波达方向误差具有一定的稳健性，当存在其他类型的导向矢量误差时，算法的性能得不到保证。随后，一种针对任意类型阵列误差的干扰加噪声协方差矩阵重构方法被提出，该方法主要是改变了原始的线性积分区域并将其变换为一个空间圆环形不确定集，但是该方法计算较为复杂，重构过程中存在一定的误差，并不能得到较为精准的干扰加噪声协方差矩阵。此外，对称噪声中独立非对称信号的稳健自适应波束形成也值得进一步研究。

鉴于以上分析，有必要研究新的稳健方法以提升对称噪声中独立非对称信号的波束形成器的稳健性。

发明内容

本发明的目的是提供一种对称噪声中非对称信号的稳健自适应波束形成方法，通过期望信号导向矢量、干扰加噪声协方差矩阵的精确有效重构，进一步提升波束形成器对任意类型阵列误差的稳健性。尤其在各种误差均有可能存在的非理想情况下，对称噪声中非对称信号的稳健自适应波束形成问题，联合利用三阶累积量矩阵和协方差矩阵，生成Capon三阶空间谱和Capon空间互功率谱，并与对角线加载和邻域寻优技术结合，获得更为精确的期望信号的导向矢量以及更有效的干扰加噪声协方差矩阵，提升了自适应波束器的稳健性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种对称噪声中独立非对称信号的稳健自适应波束形成方法，包括如下步骤：

步骤1、构建全空间的误差邻域导向矢量表；

步骤2、对阵列接收信号的三阶累积量矩阵对角线加载，利用对角线加载的Capon算法完成在全空域的三阶空间谱计算，从三阶空间谱中估计出期望信号和各干扰波达方向初值，确定只包含噪声的角度区域集合；

步骤3、基于期望信号和各干扰波达方向初值，从误差邻域导向矢量表通过查表选取各自的名义导向矢量并在误差导向矢量内寻优，估计出期望信号和各干扰的最优导向矢量，生成虚拟干扰协方差矩阵；

步骤4、对阵列接收信号，利用Capon算法计算在非信号、非干扰空域的空间互功率谱，估计出噪声协方差矩阵；

步骤5、根据重构出的期望信号导向矢量、虚拟干扰协方差矩阵和噪声协方差矩阵，计算最佳权矢量，对阵列接收信号形成稳健的自适应波束输出。

进一步地，上述对称噪声中非对称信号的稳健自适应波束形成方法，所述步骤1包括以下步骤：