[发明专利]一种基于数据预处理的协方差矩阵正交化波束形成方法

摘要

本发明针对常规基于协方差矩阵GS正交化(RGS)算法不能直接应用在训练快拍中包含期望信号信息的问题，提出了一种数据预处理的协方差矩阵正交化波束形成方法，属于自适应波束形成技术领域。该方法首先对训练快拍进行预处理，剔除期望信号；然后利用预处理后的数据估计协方差矩阵，并对协方差矩阵的列进行GS正交化构造干扰子空间；最后将对应的静态权矢量向干扰子空间作正交投影得到自适应权矢量。为了更准确地估计干扰子空间，在预处理的基础上对正交化的自适应门限进行了修正。当训练快拍中混有期望信号时，本方法能大幅度地提高阵列的抗干扰性能。

主权项

1.一种基于数据预处理的协方差矩阵正交化波束形成方法，其特征在于：该方法实现的步骤如下：步骤一、训练快拍数据的预处理；①阵列天线所接收的信号模型建立；对于N个阵元组成的阵列，在所有阵元各向同性的条件下，假设远场处有一个期望信号和M个窄带干扰信号分别从θ₀和θ₁,θ₂,...,θ_M方向以平面波入射到阵列上，则阵列接收的N×1维快拍数据矢量x(t)可以表示为：x(t)＝As(t)+n(t)                                                  (1)式中，x(t)＝[x₁(t),x₂(t),...,x_N(t)]^T，s(t)＝[s₀(t),s₁(t),...,s_M(t)]^T为M+1个互不相关的信号源复包络；n(t)＝[n₁(t),n₂(t),...,n_N(t)]^T为N×1维噪声矢量，A为阵列流形矩阵，具体表示为：A＝[a(θ₀),a(θ₁),...,a(θ_M)]                                     (2)a(θi)=[ejβ1,i,ejβ2,i,...,ejβN,i]T,i=0,1,...,M---(3)]]>其中，β_n,i为第n个阵元与参考阵元接收到的第i个信号的相位差，其中，n＝1,2,...，N，i＝0,1,...,M；②构造阻塞矩阵B，得到预处理后的训练快拍数据；在①中所述的信号模型下，构造阻塞矩阵B为：B=1-e-j(β2,0-β1,0)---00001-e-j(β3,0-β2,0)---00------------------00001-e-j(βN,0-βN-1,0)(N-1)×N---(4)]]>利用阻塞矩阵对训练快拍数据x(k)进行预处理，剔除期望信号信息，得到不含期望信号信息的快拍数据矢量x′(k)为：x′(k)＝Bx(k)                                                      (5)其中，x′(k)＝[x₁′,x₂′,...,x_N-1′]^T；步骤二、估计预处理后的采样协方差矩阵，构造干扰子空间；利用预处理后的数据估计协方差矩阵并对协方差矩阵的列进行Gram-Schmidt正交化得到干扰子空间的一组归一化正交基Uⁱ，进而构造干扰子空间；其中，在正交化过程中通过修正的自适应门限，自动确定重构干扰子空间的正交向量个数M修正的自适应门限Δ′(k)为：Δ′(k)=(1.5σ′R)2·2(N-1)(1+Σi=1k-1β′ki2)σR′2≈σ′2||R′^(k)||KN-1β′ki2=|(R′^(k),Ui)|2|Ui′|2---(6)]]>其中，表示协方差矩阵的第k列，表示中所含噪声分量的方差，表示中间变量，σ表示阵元噪声均方差，i为变量；正交化过程中，如果满足：‖U′_k‖²＜Δ′(k)1＜k＜N-1                                       (7)则停止正交化，正交向量个数M＝k-1，Uⁱ＝[U₁,U₂,...,U_k-1]为干扰子空间的一组归一化正交基，利用Uⁱ重构干扰子空间；步骤三、自适应权矢量求解；利用步骤二中所求的干扰子空间的一组归一化正交基Uⁱ＝[U₁,U₂,...,U_k-1]，按下式求解自适应权矢量w_MROS：wMRGS=wq-Σj=1k-1UjHwqUj---(8)]]>其中，w_q为天线阵列的静态权矢量，j为变量。步骤四、求取天线阵列输出信号；根据得到的自适应权矢量w_MRGS，对阵列接收的信号进行加权处理得到天线阵列的输出信号y(t)。