[发明专利]一种鲁棒自适应波束形成的优化方法及系统

说明书

本发明涉及阵列信号处理技术领域，提供一种鲁棒自适应波束形成的优化方法及系统。本发明构建波束形成输出的最大化信干噪比函数，引入采样矩阵，并等效为以优化权重向量为目标的优化问题，求优化问题，获得最优权重向量，实现最大化信干噪比SINR。本发明通过构建最大化信干噪比函数，并引入采样矩阵代替干扰加噪声的协方差矩阵R_i+n，简化计算过程，降低计算量，能够在短时间内求出最优导向矢量解；通过将最大化信干噪比函数在数学上等效为以优化权重向量w为目标的优化问题，使波束形成器的鲁棒性更强，具有更强的抗干扰能力，实现了最大化信号与干扰加噪声比的目标。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，具体涉及一种鲁棒自适应波束形成的优化方法及系统。

背景技术

目前阵列信号处理已广泛应用于雷达、声纳、通信、麦克风阵列语音和音频处理等众多领域，在阵列处理中，因为传统的自适应波束形成技术，如Capon波束形成的优化方法，对估计的和实际的信号导向矢量之间的微小差异，指向和天线校准误差，以及其他的失配情况，具有较弱的抗干扰能力。这催生了鲁棒自适应波束形成技术出现，它是一种可以显著提高阵列输出信干噪比和主瓣宽度和旁瓣电平等性能的方法，而且鲁棒自适应波束形成技术在失配情况下非常有效。因此研究具有鲁棒性或稳健性的自适应波束形成就具有重大意义。

众所周知，因为实际和假设的导向矢量之间的失配，最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器的性能显著下降。为了提升波束形成器的性能，设计时对先验信息的要求越少越好，因为先验知识通常是不精确和不完整的。所以在估计信号导向矢量时加入各种约束，可提高波束形成的性能。一般使用波束形成器输出信干噪比和波束形成器输出功率作为评估性能，越高越好。

中国发明专利公开(公告)号CN108462521B(公开日为2018-08-28)，公开了一种自适应阵列天线的抗干扰实现方法，旨在提供一种计算量小，实时性强，抗干扰效果更好的抗干扰方法。该发明通过下述技术方案予以实现：在天线阵元数为M的均匀圆阵天线中，数据预处理函数将M路数字信号进行N阶时域抽头得到连续的空时二维快拍数据，同时根据上位机提供的期望信号来向得到空时二维导向矢量；最小方差无失真响应MVDR算法简化实现函数利用空时二维导向矢量计算导向矢量剩余矩阵，再结合空时二维快拍数据根据其内置的波束合成函数和权值迭代函数同时进行空时二维波束合成和空时二维权值迭代；阵列输出函数将波束合成后的数字信号经数模DA转换器转换成模拟信号，模拟信号经上变频函数上变频输出送给后端处理机。现有技术在实现上述效果的同时，存在抗干扰能力较差与计算速度较低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于导向矢量估计的、加入了新的约束的、最小方差无失真响应的、鲁棒自适应波束形成的优化方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种鲁棒自适应波束形成的优化方法及系统。

一种鲁棒自适应波束形成的优化方法，具体步骤如下：

步骤S1、构建波束形成输出的最大化信干噪比函数，用于求解最大化信干噪比的问题；

步骤S2、在最大化信干噪比函数中引入采样矩阵代替干扰加噪声的协方差矩阵R_i+n；

步骤S3、将所述最大化信干噪比函数等效为与采样矩阵相关的、以优化权重向量w为目标的优化问题；

步骤S4、求解步骤S3中的优化问题，获得最优权重向量w^*，实现最大化信干噪比SINR。

作为优选方案，所述步骤S4具体包括：

步骤S4.1、引入阵列输出功率并进行简化，使得求解最大化信干噪比的问题等效于求解最大化阵列输出功率的问题；