[发明专利]一种稳健自适应波束形成方法

说明书

本发明公开了一种稳健自适应波束形成方法，包括：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，并且根据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。该方法可以获得更为精确的干扰加噪声协方差矩阵以及期望信号的导向矢量，提升了自适应波束器的稳健性。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域中波束形成研究领域，尤其在各种误差均有可能存在的非理想情况下，通过干扰加噪声协方差矩阵的精确重构能够较大程度地提升自适应波束形成的稳健性。

背景技术

在现有的稳健自适应波束形成方法中，比较具有代表性的方法有：线性约束最小方差方法、对角加载方法、特征子空间方法以及不确定集方法。但是，考虑到参数选择的不确定性以及算法本身固有性质的约束，这些波束形成方法的性能在阵列误差存在的情况下会有较为明显的衰减，并不能取得理想的效果。

近期较为常见，并且针对阵列误差更为稳健的方法是基于干扰加噪声协方差矩阵重构的自适应波束形成方法。该方法主要是利用Capon空间功率谱，将其在非期望信号角度区域内的积分作为干扰加噪声协方差矩阵的估计值，有效地剔除了期望信号成分。但是，该重构方法只是直接利用Capon空间功率谱在非期望信号角度区域内对角度变量进行积分，最终重构的干扰加噪声协方差矩阵不够精确，致使该方法只对波达方向误差具有一定的稳健性，当存在其他类型的导向矢量误差时，算法的性能得不到保证。随后，一种针对任意类型阵列误差的干扰加噪声协方差矩阵重构方法被提出，该方法主要是改变了原始的线性积分区域并将其变换为一个空间圆环形不确定集，但是该方法计算较为复杂，重构过程中存在一定的误差，并不能得到较为精准的干扰加噪声协方差矩阵。

鉴于以上分析，有必要研究新的稳健方法以提升波束形成器的稳健性。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的稳健自适应波束形成方法，通过重构出更为精确的干扰加噪声协方差矩阵，并对期望信号的导向矢量进行修正，进一步提升波束形成器对任意类型阵列误差的稳健性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的稳健自适应波束形成方法，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，重构出的噪声协方差矩阵；

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。

进一步地，上述稳健自适应波束形成方法中，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：