[发明专利]一种基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健波束形成方法

摘要

本发明公开了一种基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健波束形成方法。首先对天线接收数据的协方差矩阵进行特征值分解得到噪声子空间，使用多重信号分类算法估计出干扰信号的到达角及计算导向矢量，再对其使用鲁棒Capon波束形成算法进行校正，根据导向矢量的正交性求解出干扰信号的功率，构造出干扰加噪声协方差矩阵；通过找到与期望信号导向矢量正交的子空间来构造求解期望信号导向矢量的约束条件，根据最大输出功率解出精确的期望信号导向矢量。本发明对于阵列位置误差、非互关联本地散射以及总的幅相误差所引起的导向矢量误差和干扰加噪声协方差矩阵误差具有很好的稳健性，与现有方式相比，具有更高的输出信干噪比，有着更好的输出性能。

主权项

一种基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健波束形成方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：通过均匀线阵接收N个来自不同方向的信号源，对均匀线阵的接收数据进行采样，基于K次采样数据计算协方差矩阵其中x(k)表示每次的采样数据，符号(·)H表示共轭转置；步骤2：对协方差矩阵进行特征值分解：其中μi表示特征值，vi是特征值μi的特征向量，M表示均匀线阵的天线阵元数；由M个特征值中的前M‑N个最小特征值对应的特征向量构成噪声子空间UN；步骤3：使用MUSIC算法在期望信号的波达角的角度范围外估计出N‑1个干扰信号的波达角，并基于N‑1个干扰信号的波达角计算干扰信号的导向矢量a(θ)，其中a(θ)＝[a(θ1),…,a(θN‑1)]；步骤4：根据稳健Capon波束形成算法对a(θ)进行校正，得到校正的导向矢量步骤5：根据分别计算各干扰信号的功率其中i＝1,…,N‑1，表示噪声功率，表示第i个干扰信号的校正的导向矢量，I表示单位矩阵；步骤6：重构干扰加噪声协方差矩阵步骤7：对预设的期望信号导向矢量a(θ′)进行矫正处理：根据C＝∫Θa(θ′)aH(θ′)dθ′得到矩阵C，其中Θ表示期望信号的波达角的角度范围；对矩阵C进行特征值分解，取前β个最小特征值对应的特征向量构成的特征子空间U，其中或μ的取值为0.6～0.7，M表示均匀线阵的阵元数；在满足(a(θ′))He⊥＝0且(a(θ′)+e⊥)HUUH(a(θ′)+e⊥)≤0的条件，求解其中e⊥表示误差；基于求解结果得到矫正的期望信号导向矢量a0：a0＝a(θ′)+e⊥；步骤8：将重构的干扰加噪声协方差矩阵和矫正的期望信号导向矢量a0带入最小方差无失真响应波束形成器中得到加权向量w：完成波束形成处理。