[发明专利]基于导向矢量失配估计的鲁棒波束域自适应波束形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，尤其涉及一种基于导向矢量失配估计的鲁棒波束域自适应波束形成(ADBF)方法。

背景技术

自适应波束形成(ADBF)是将传统相控阵雷达中射频复加权移至数字基带上的波束形成技术，其核心思想是约束天线主波束保形条件下，在干扰入射空间角对干扰的波束方向图进行自适应置零，从而实现干扰抑制，因此具有更高的分辨率和更强的干扰抑制能力，并且这些特性都是建立在期望信号导向矢量等信息精确己知的前提下。然而数字阵列在工作时，会面临诸如阵元间互耦、幅相误差、阵元位置误差等误差因素的影响，其中误差因素造成导向矢量失配使得目标输出信干噪比性能急剧恶化。

波束域ADBF算法将阵元数据转换到波束域，提供了干扰角度和干扰源数目信息，设计针对干扰源的辅助波束，实现对波束域的降维处理，提高了收敛速度，然而当误差因素造成目标导向矢量与波束指向失配时，波束域ADBF算法不能自适应地修正目标导向矢量失配误差，使得其输出信干噪比急剧下降，严重影响其性能。因此本章对目标导向矢量与波束指向失配开展研究，这对提高自适应波束形成输出信噪比具有十分重要的意义。

因此，本专利是针对目标导向矢量与波束指向失配进行研究分析，提出了基于导向矢量失配估计的鲁棒波束域ADBF形成方法，能够有效解目标导向矢量与波束指向失配问题同时提高自适应波束形成输出信噪比。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于导向矢量失配估计的鲁棒波束域自适应波束形成方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于导向矢量失配估计的鲁棒波束域自适应波束形成方法，包括如下步骤：

步骤1)，令M阵元的均匀线阵的各阵元天线各项同性，有K个干扰源，其方位入射角分别为[θ₁，θ₂，...θ_K]，线阵接收信号为：X＝SA+N；

其中，为各干扰信号接收复包络的集合，为各干扰信号的阵列流形的集合，M为阵元的个数，N为系统噪声，第i个干扰信号阵列流形为：

其中，θ_i为第i个干扰入射角，d为阵元间距，λ为雷达波长，上标T表示转置符号；

阵列协方差矩阵R表示为：其中G表示预设的训练样本的快拍数；

步骤2)，信号与干扰子空间计算：

当目标导向矢量与波束指向匹配时，信号与干扰子空间U_r由协方差矩阵R的q个最大特征值对应的特征向量组成，q表示信号与干扰子空间的维数，其在子空间的投影矩阵表示为U_rU_r^H；

当目标真实的导向矢量a(t)与波束指向角对应的导向矢量存在失配时，信号加干扰子空间就变为U_r(Δ)：

U_r(Δ)＝[P{Q(Δ)}[u₁...u_q]]

其中，Q(Δ)是正定矩阵，表示观察方向，Δ表示阵列主瓣宽度对应的空域覆盖角度，φ为阵列主瓣宽度对应的空域覆盖角度的积分变量，P{Q(Δ)}为Q(Δ)的最大的特征值对应的特征向量，u_m表示协方差矩阵R的第m个按递减顺序排序的特征值对应的特征向量，1≤m≤q；

步骤3)，目标导引矢量与波束指向角失配误差估计：

令为a(t)与之间的失配矢量，则其能够被分解为两非零的正交向量和分别位于信号子空间与干扰子空间；

其中，||·||₂表示欧氏范数，上标H表示共轭转置；

步骤4)，拉格朗日算子计算：

基于失配矢量的欧氏范数来设计波束域的权值：

其中，ε表示不确定等级，表示欧氏范数的平方；

为了避免公式收敛到零解，使

采用拉格朗日乘子法：

对L(a(t),μ)关于a(t)进行求导，并令得到：

整理得最优的目标信号导向矢量为：

最后得到关于拉格朗日算子μ的方程：I表示单位矩阵；

步骤5)，阵列主瓣宽度对应的空间覆盖角度计算：