[发明专利]基于矩阵重构的自适应抗干扰多径多波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于矩阵重构的自适应抗干扰多径多波束形成方法，属于数字信号处理领域。本发明首先通过矩阵重构的方法得到干扰信号的自相关矩阵，进而获得干扰子空间的正交补空间，然后将阵列接收数据在干扰子空间的正交补空间上进行投影，达到抑制不相干干扰信号和获得只含相干信号的数据的目的，最后通过特征值分解的方法得到该自适应抗干扰多径多波束形成器的阵列加权矢量。本发明能够在已知干扰信号的个数和入射信号中各个相干信号的入射角度的范围的情况下，在相干信号的入射方向形成多波束把相干信号有效的进行相参积累，充分利用相干信号的信息；并在干扰信号的入射方向形成零陷，达到抑制干扰和提高阵列输出信干噪比的目的。

技术领域

本发明属于数字信号处理领域，涉及阵列信号处理领域中的波束形成技术，具体是指当期望信号存在多径入射，干扰信号与期望信号相互独立时，该波束形成器能在各个相干信号的入射方向形成多个波束把相干信号有效的进行相参积累，并且自适应的在干扰信号的入射方向形成零陷，以达到抑制干扰和提高阵列输出信干噪比的目的。

背景技术

将多个传感器接收到的信号，在空间上增强期望信号，抑制干扰和噪声的处理过程就是波束形成，该技术已成为阵列信号处理中最重要的内容之一。波束形成分为模拟波束形成和数字波束形成(DBF)两部分。数字波束形成(DBF)因为具有自适应波束置零、超分辨定向、超低副瓣、波束切换快速灵活、空时自适应处理等优点，得到了国内外众多研究者的重视。

自适应数字波束形成技术是根据一定的最佳准则，对空间每个天线接收数据进行加权处理后合并，自适应地将天线阵主瓣指向期望方向，而在干扰到达方向形成零点。相对普通相控阵波束形成技术，它有阵列波束图控制更加灵活方便、干扰抑制能力更好、输出信干噪比更高、空间分辨能力更强等优点。尤其是计算机技术和电子技术的快速发展，为自适应波束形成技术的实现和应用提供了条件，使得自适应数字波束形成技术在近年来得到了巨大的发展。然而以往的自适应波束形成主要都是在假设期望信号和干扰信号相互独立的条件下进行的。但是在阵列信号处理中,往往存在有相干干扰信号,如多径反射、智能干扰等。特别是在当代通信系统中,由于多径反射而形成的相干干扰更是普遍存在，在这种情况下,常规自适应波束形成器会引起期望信号对消,使得波束形成性能急剧下降,因此存在相干干扰时的自适应波束形成技术引起了人们越来越多的注意。为了避免期望信号对消,有人提出了不仅能对不相关干扰信号抑制还能对相干干扰信号抑制的自适应波束形成方法。但是,在有些情况下,例如期望信号较弱，甚至是没有期望信号的直达波，只有期望信号的多径入射信号时，为了能充分利用相干信号的信息,波束形成器需要把期望信号和相干信号有效地组合起来,增大阵列输出信干噪比,而不是把相干干扰信号抑制掉。

如图1所示，一M阵元的均匀线阵，阵元间距为λ/2，假设有K个互不相关的干扰信号和一组包含P+1个信号源的相干信号入射，即相干信号包括一个期望信号和P个相干信号。设K个互不相关的干扰信号的入射方向为θ_uk,k＝1,2,…,K,P+1个相干信号的入射方向为θ_di,i＝0,1,…,P，其中θ_d0和θ_di,i＝1,2,…,P分别表示期望信号的入射方向和第i个相干信号的入射方向，且所有信号均为远场窄带信号。那么阵列的接收信号可表示为：

其中为相干信号的合成导向矢量，s_d(t)和s_k(t)分别为期望信号和第k个不相关干扰信号的复包络；ρ_i(i＝1,2,…,P)表示第i个相干信号与期望信号复包络的相对值，为阵列对于方向θ的导向矢量，n(t)为阵元接收噪声。假设s_d(t),{s_k(t),k＝1,2,…,K}和n(t)互不相关，那么阵列接收信号相关矩阵为：

s.t w^Hb_d＝1