[发明专利]一种稳健自适应波束形成方法

权利要求书

1.一种稳健自适应波束形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、利用Capon空间功率谱在只含有平稳噪声的角度区域内估计平均噪声功率，且根据Capon波束形成器输入输出之间的信噪比关系计算出真实的噪声功率，重构出噪声协方差矩阵；

步骤2、采用Capon空间功率谱收集所有位于干扰信号角度区域内的干扰信息，并剔除噪声成分，重构干扰协方差矩阵；然后根据噪声协方差矩阵和干扰协方差矩阵，重构出干扰加噪声协方差矩阵；

步骤3、根据重构的干扰加噪声协方差矩阵对波束形成器的期望信号的导向矢量进行修正，计算最佳权值矢量，形成稳健自适应波束；

所述Capon空间功率谱表示为：

其中，为阵列接收数据的协方差矩阵，为根据阵列结构假设的、对应方向角度为θ的导向矢量、即根据θ的变化能够获得各个方向上的功率分布情况；

利用Capon空间功率谱，平均噪声功率能够近似估计为：

其中，Θ_n表示只包含平稳噪声信号的角度区域，Ave{·}表示取平均操作；

为了简化计算，上述公式能够通过离散求和取平均进行求解，即：

其中T是在Θ_n内的采样点数，根据Capon波束形成器输入输出信噪比关系：

SNR_out＝M·SNR_in

可计算出真实的噪声功率：

根据真实的噪声功率，可重构出噪声协方差矩阵：

其中I是单位阵。

2.根据权利要求1所述的稳健自适应波束形成方法，其特征在于，

所述步骤2包括以下步骤：

步骤21、采用Capon空间功率谱重构干扰协方差矩阵，计算公式为：

其中Θ_i为干扰信号的角度区域；

步骤22、为了简化计算，上述公式能够通过离散求和进行求解，即：

其中Q表示积分的干扰角度区域Θ_i上的采样点数，代表了Θ_i范围内真实的干扰功率分布，故只有大于零时才有意义，因此在Θ_i范围内只选择大于零的点进行积分；

步骤23、重构出干扰加噪声协方差矩阵：

3.根据权利要求1所述的稳健自适应波束形成方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

步骤31、对波束形成器的期望信号的导向矢量进行修正；

根据重构的干扰加噪声协方差矩阵来估计期望信号的导向矢量，采用以下不等式约束：

其中是假设的期望信号导向矢量，能够根据已知阵列结构获得；a是真实的导向矢量；

通过对以上不等式赋予特定权值求和，等价于以下不等式约束：

其中，R_i+n为理论上的干扰加噪声协方差矩阵；

根据重构的干扰加噪声协方差矩阵，使用如下的不等式来约束期望信号的导向矢量：

该不等式表示的是期望信号的导向矢量所在的不确定集，通过选取使得阵列输出功率最大的那个导向矢量作为期望信号导向矢量的估计，形成以下优化问题：

上述优化问题的目标函数为阵列输出功率的倒数，最大化输出功率等价于最小化函数该优化问题的最优解为a＝0，这是一个平凡解；为了排除平凡解，引入导向矢量误差变量将其分解为两个相互垂直的分量，即e＝e_⊥+e_||，其中e_⊥和e_||分别表示与垂直和平行的分量，由于平行分量不影响输出信干噪比，因此原优化问题能够转化为对e_⊥的求解优化问题：

该优化问题是一个二次约束二次规划问题，并且是一个凸问题，能够基于内点法快速求解，获得该优化问题的最优解得到期望信号的导向矢量的修正值为：

步骤32、计算最佳权值矢量，形成稳健自适应波束

基于干扰加噪声协方差矩阵精确重构的稳健自适应波束形成算法的权值矢量为：

随后，根据上述所得的权值矢量即可获得波束形成器的输出信号y(k)＝w^Hx(k)，形成稳健自适应波束。