[发明专利]基于迭代互耦校正的雷达协方差矩阵重构波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代互耦校正的雷达协方差矩阵重构波束形成方法，其思路为：确定均匀圆阵，该均匀圆阵包括M个阵元，均匀圆阵设定范围内存在Q个信号源，Q个信号源向均匀圆阵发射Q个入射信号，所述Q个入射信号包含1个期望信号和Q‑1个干扰信号；获取均匀圆阵的采样协方差矩阵R并进行特征分解，得到M个特征值；计算入射方向为(θ,φ)的信号MUSIC谱，然后设定均匀圆阵的互耦矩阵初始值，进而得到Q个入射信号的Q个方位角初始值，并分别得到均匀圆阵的最终互偶矩阵和Q个入射信号的最终方位角然后计算重构后均匀圆阵的干扰加噪声协方差矩阵进而得到均匀圆阵的自适应波束形成器的权矢量，完成了基于迭代互耦校正的均匀圆阵干扰加噪声协方差矩阵重构。

技术领域

本发明属于共形阵天线波束形成技术领域，特别涉及一种基于迭代互耦校正的雷达协方差矩阵重构波束形成方法，适用于解决采样样本中期望信号功率较强导致自适应波束形成器稳健性下降的问题，以及考虑互偶效应时波束形成器性能下降的问题，并且在考虑阵元间互耦效应的同时改善了波束形成器的稳健性能。

背景技术

共形阵列由于其具有电磁隐蔽性、大的扫描角度、小的负载重量及不干扰飞行体空气动力流场等优点而得到广泛的应用；然而，共形阵列波束形成技术在理论研究和开发应用方面都面临若干难题。首先，传统波束形成技术具有在实际环境中稳健性能不足的缺陷，这种缺陷应用到共形阵时依然存在；另外，阵列天线接收的信号在接收单元内部传输时，阵元间的互偶效应不容忽视。而共形阵复杂的阵元分布，加大了对其电磁特性进行精确分析和建模的难度，使得共形阵的互耦校正十分困难。故在充分发挥共形阵列优势的前提下，设计稳健的波束形成算法，突破互耦因素对波束形成器的限制是亟待解决的问题。

自适应波束形成技术的理论研究起始于20世纪60年代。1969年，Capon提出最小方差无失真响应(MVDR)准则，该准则在保证期望信号增益的同时最小化阵列的输出功率，为波束形成器抑制干扰提供了理论基础。20世纪70年代，研究人员提出了采样矩阵求逆(SMI)算法，该算法使用阵列接收信号快拍估计干扰加噪声协方差矩阵，能够自适应的抑制干扰信号。1974年，Brennan等人推导出了SMI波束形成算法的输出信干噪比的概率密度函数，给出了自适应算法的性能与训练样本数的关系。

在众多实际应用领域中，自适应波束形成器的性能会受到各种误差因素的影响，如信号观测误差，接收通道误差，阵元位置误差等，这些误差会造成阵列天线接收信号导向矢量失配，导致波束形成算法性能下降；而且当样本快拍中含有期望信号时，导向矢量的失配对自适应波束形成器的性能影响尤为显著。

在1991年，Benjamin Friedlander和W Anthony J.Weiss提出一种在阵元间存在互耦时的DOA估计方法，可以较为准确的估计出信号的波达方向DOA和均匀圆阵间的互耦，但是该在阵元间存在互耦时的DOA估计方法在自适应波束形成技术领域没有应用；在2012年，Gu提出了一种基于干扰加噪声协方差矩阵重构的波束形成方法，该方法利用重构后的协方差矩阵代替受到期望污染采样协方差矩阵来计算自适应权矢量，虽然在期望信号功率较强时具有较好的性能，但是该方法在实际应用中存在如下两个问题：第一，该方法要求阵列构型是精确已知的，唯一允许的误差是观测角误差，在考虑互偶效应时性能大幅度下降；第二，该方法在重构干扰加噪声协方差矩阵时计算复杂度很大，使得算法的实时性受到制约。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于迭代互耦校正的雷达协方差矩阵重构波束形成方法，该种基于迭代互耦校正的雷达协方差矩阵重构波束形成方法对信号的入射角度和均匀圆阵的互耦矩阵进行迭代估计，结合干扰加噪声协方差矩阵重构方法，完成干扰加噪声协方差矩阵的重构和期望导向矢量的修正，得到一种在阵元存在互耦的条件下更加稳健的波束形成器。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于迭代互耦校正的雷达协方差矩阵重构波束形成方法，包括以下步骤：