[发明专利]一种针对来波方向误差的干扰噪声协方差矩阵重构方法

说明书

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，主要涉及基于协方差矩阵重构的标准Capon自适应波束形成算法对对干扰信号来波方向误差的稳健性。

背景技术

Capon自适应波束形成算法可以在保证对期望信号无失真输出的条件下，使阵列输出功率最小，最大限度的提高波束输出信干噪比(Signal-to-Interference-plus-NoiseRatio，SINR)、最大限度的提高阵列增益，具有较好的方位分辨力和较强的干扰抑制能力。但是，Capon波束形成是建立在对期望信号导向矢量和干扰噪声协方差矩阵均精确已知的假想基础上的，对期望信号导向矢量和干扰噪声协方差矩阵的误差比较敏感。而在实际应用中，干扰噪声协方差矩阵一般是难以得到的，往往采用包含期望信号成分的样本协方差矩阵来代替，期望信号成分的存在一方面会导致Capon波束形成性能在快拍数较少时急剧下降，尤其是在期望信号输入信噪比较大之时；另一方面会导致Capon波束形成对期望信号导向矢量误差非常敏感，从而引起期望信号“自消”现象，大大降低波束形成性能。

为了减小样本协方差矩阵中期望信号成分带来的不利影响，近5年来已经出现了大量的方法来重建干扰噪声协方差矩阵以从根本上消除期望信号的成分的存在，提高自适应波束形成算法的稳健性。2012年，YujieGu等提出了一种在不包含期望信号来波方向的角度区间上进行基于Capon谱的积分来重构干扰噪声协方差矩阵，同时建立基于该重构干扰噪声协方差矩阵的关于期望信号导向矢量误差的二次约束二次规划(quadraticallyconstrainedquadraticprogramming,QCQP)优化问题来重新估计期望信号导向矢量。这个算法在干扰信号导向矢量没有误差之时可以逼近最优性能，但是也存在各自的不足，该算法过分依赖于阵列的干扰噪声结构先验信息，对干扰信号来波方向误差十分敏感，且其计算量很大，需要采用CVX等优化软件进行求解。究其原因，主要是该算法并没有从定义的角度来重构干扰噪声协方差矩阵，使得其与理想干扰噪声协方差矩阵之间相关系数很小，尤其是干扰信号导向矢量存在误差之时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对来波方向误差的干扰噪声协方差矩阵重构方法(ARobustalgorithmagainstlargelookdirectionerrorforInterference-plus-NoiseCovarianceMatrixreconstructionalgorithm,RIPNCMreconstruction)，用重构的干扰噪声协方差矩阵代替样本协方差矩阵；同时提出一种新导向矢量估计算法来估计期望信号的导向矢量，联合重构的IPNCM和估计的期望信号导向矢量设计新的波束形成算法，从而克服现有波束形成算法的不足，使波束形成算法对干扰信号来波方向误差具有很好的稳健性。