[发明专利]快速任意形状方向图主瓣保形自适应波束形成方法

说明书

本发明涉及一种快速任意形状天线方向图主瓣保形自适应波束形成方法，包括以下步骤：选取主瓣协方差矩阵的主特征向量构建主瓣区增益线性约束矩阵，同时确定其对应的约束响应向量，构建包含权重向量二次约束的线性约束最优波束形成器模型；放松对权重向量的二次约束要求，得到GSC架构下对角加载协方差矩阵结构的闭式最优权重向量表达式；通过迭代方程估计满足二次约束条件的最优对角加载量，将此最优对角加载量代入到闭式自适应最优权重向量的表达式，得到主瓣保形自适应干扰抑制波束对应的权向向量。本发明在GSC架构下实现任意形状天线方向图主瓣保形约束下的快速自适应抗干扰，兼顾了方向图主瓣保形性能的同时有效的降低了计算复杂度。

技术领域

本发明属于阵列天线空域自适应抗干扰领域，具体涉及一种快速任意形状方向图主瓣保形自适应波束形成方法。

技术背景

目前针对数字阵列天线的任意形状方向图综合算法，包括任意形状静态方向图综合算法和带零陷的任意形状方向图综合算法，都是构建在综合得到的方向图与期望方向图的均方误差最小准则下的方向图逼近优化，当需要形成零陷方向图实现干扰空域抑制时，必须先对所有干扰进行波达角度估计。

而自适应数字波束形成算法，不需要干扰角度等先验信息，可以根据实时采样数据自适应地计算权重系数，产生自适应零陷实现干扰抑制，并保持高增益主瓣对准目标。目前，已有大量自适应数字波束形成算法，线性约束最小方差(Linear Constraint MinimumVariance,LCMV)自适应波束形成器是其中最经典一种算法。算法对旁瓣干扰的自适应抑制效果优异，但当主瓣存在干扰时，LCMV算法会出现主瓣形状畸变的问题，这严重地限制了自适应波束形成技术在主瓣干扰条件下的应用。

现有的稳健自适应波束形成算法主要用于提高存在波束指向偏差、阵列随机误差或者存在主瓣干扰情况下，自适应波束形成算法的稳健性问题。这些稳健算法具有方向图保形能力，比如对角加载波束形成器，其主要的问题是加载量选择也比较困难。另外，目前基本所有的稳健波束形成算法都是针对点波束或者和差波束的优化，宽角度覆盖范围任意静态方向图的主瓣保形问题仍是主瓣保形条件下的自适应波束形成干扰抑制技术的主要难点。

解决宽波束覆盖的问题可以通过均匀选取主瓣内若干个方向上的导向矢量，构成均匀约束矩阵，控制主瓣区增益，但对于波束宽度较宽的波束来说这种方法难以控制主瓣内增益的波动性，且主瓣内的需要约束的方向难以选取，因此主瓣约束的确定对主瓣保形尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速任意形状方向图主瓣保形自适应波束形成方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种快速任意形状天线方向图主瓣保形自适应波束形成方法，包括以下步骤：

步骤1，根据主瓣区覆盖范围定义主瓣协方差矩阵，选取主瓣协方差矩阵的主特征向量构建主瓣区增益线性约束矩阵，同时确定其对应的约束响应向量，构建包含权重向量二次约束的线性约束最优波束形成器模型；

步骤2，放松对权重向量的二次约束要求，得到GSC架构下对角加载协方差矩阵结构的闭式最优权重向量表达式；

步骤3，通过迭代方程估计满足二次约束条件的最优对角加载量，将此最优对角加载量代入到步骤2中的闭式自适应最优权重向量的表达式，得到主瓣保形自适应干扰抑制波束对应的权向向量。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明不需要干扰角度估计，通过优化约束向量和采用自适应阵列理论，有效的解决了任意形状方向图主瓣保形约束条件下的旁瓣多干扰自适应抑制；

(2)本发明的任意形状主瓣方向图保形性能好；通过主瓣协方差矩阵特征分解构建了主瓣子空间约束矩阵，主瓣区方向图保形性能大大优于相同约束维数下的均匀约束方法，线性约束效率高；