[发明专利]基于干扰噪声矩阵重构的自适应波束形成方法

摘要

本发明涉及一种基于干扰噪声矩阵重构的自适应波束形成方法，属于阵列信号处理领域。本发明首先建立最小方差无畸变响应波束形成问题的信号模型，然后在期望信号波达方向的角度范围已知的条件下，利用多重信号分类空间谱在不含期望信号的区域重构出干扰噪声协方差矩阵，并在该矩阵的基础上，通过使用阵列输出功率最大化和避免期望信号的导向矢量的估计值收敛到任一干扰的导向矢量或它们的线性组合的约束条件来求解真实期望信号导向矢量的估计值。仿真结果表明当期望信号和干扰源存在随机指向误差和局部散射的情况下，本发明方法在很大的输入信噪比范围内的输出信干噪比仍接近理论值，优于其它自适应波束形成方法。

主权项

1.基于干扰噪声矩阵重构的自适应波束形成方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立最小方差无畸变响应波束形成问题的信号模型元均匀线阵在k时刻接收的窄带信号可表示为：(1)，其中，M维矢量，和分别表示统计独立的期望信号、干扰信号和高斯白噪声分量，期望信号中的为信号波形，a为期望信号导向矢量；在导向矢量a精确已知时，基于最大输出信干噪比准则计算得到最小方差无畸变响应波束形成问题：(4)，其中，为波束形成复权值矢量，为维的干扰噪声协方差矩阵；(4)式的最优解即为最小方差无畸变响应波束形成器的最优权矢量：(5)；步骤二、干扰噪声协方差矩阵重构干扰噪声协方差矩阵，其中I为单位矩阵，J为干扰信号源个数，各干扰信号来波方向为，相应的导向矢量为，和分别为干扰信号功率和噪声功率；使用MUSIC空间谱表示不同方向上信号和噪声的分布，它的表达式如下：(8)，式中，为方向上基于已知阵列结构的导向矢量，为采样协方差矩阵做特征分解得到的噪声子空间；假设已知某角度区域满足期望信号来波方向，且干扰信号方向，则在角度区域内使用（8）式作为干扰和噪声的功率密度，于是干扰噪声协方差矩阵可表示为：(9)，用（9）式中的取代（5）式中的，就得到了基于重构干扰噪声协方差矩阵的波束形成器(10)；步骤三、建立期望信号导向矢量估计的优化问题，并根据估计出的最优的期望信号导向矢量求得波束形成器的最优权矢量把（10）式代入（4）式的目标函数得到波束形成器的输出功率最大化的条件为(12)；定义矩阵(13)，则矩阵的特征分解可写为(14)，式中对角矩阵为特征值矩阵（），酉矩阵为对应的特征向量矩阵；则为了避免的估计值收敛到某个干扰的导向矢量或某几个干扰的导向矢量的线性组合，的约束条件为：(17)；综合(12)式和(17)式，并且记，则期望信号导向矢量估计问题为：(21)，解出后，将代入（10）式就得到了基于重构干扰噪声协方差矩阵和估计导向矢量的波束形成器的最优权矢量(24)。