[发明专利]一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法

说明书

本发明提供了一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法，在物理阵元数目限和干扰数超出阵列自由度的条件下，利用四阶累积量的阵列扩展作用和二级嵌套阵的稀疏阵形，减少了在均匀线阵模型中进行扩展时出现的大量阵元冗余，增加了产生的虚拟阵元的可用数量，进一步增加了阵列自由度，改善了算法在超自由度干扰抑制时的性能，并利用四阶累积量具有的盲高斯性改善了算法在小信噪比下的表现，给出了在MVDR约束下该方法的权值求解形式。

技术领域

本发明涉及一种针对窄带阵列信号处理中超自由度干扰抑制的波束形成方法。

背景技术

波束形成技术是阵列信号处理的一个重要方面，也是抗干扰的一种有效方法。如何通过算法的改进来提高抗干扰性能，一直是人们关注的焦点。

在阵元数有限的情况下，通过阵列扩展，可以提高阵列自由度；再根据最优权的求解准则，或相应的约束条件进行波束形成，可以改善算法在超自由度干扰抑制时的性能。

文献1“P.Pal,P.P.Vaidyanathan.Nested Arrays:A Novel Approach to ArrayProcessing With Enhanced Degrees of Freedom[J].IEEE Transactions on SignalProcessing, Aug 2010,vol.58,no.8,pp.4167-4181.”提出了基于二级嵌套阵的波束形成方法，分析了二阶嵌套阵模型，并利用其具有的稀疏性达到了阵列扩展的目的，提高了阵列自由度，增加了可抑制的干扰数量。

文献2“P.Chevalier,L.Albera,A.Ferreol and P.Comon,On the virtual arrayconcept for higher order array processing[J].IEEE Transactions on SignalProcessing,vol.53,no.4, pp.1254-1271,April 2005.”对阵列信号处理中高阶累积量的虚拟阵元扩展作用进行综述，提出使用累积量进行阵列扩展的MUSIC算法，通过产生的虚拟阵元增加了可用阵元数目，提高了算法的分辨率。

文献3“伍岳,张勇强.基于高阶累积量的LCMV波束形成算法[J].无线电工程,2013,43(10):19-21.”提出了基于四阶累积量的LCMV波束形成算法，通过高阶累积量具有的盲高斯性和阵列扩展作用，提高了算法性能，有效的减少了主瓣宽度，降低了副瓣电平加深了零陷深度。

上述文献分别分析了嵌套阵及高阶累积量在阵列信号处理中的应用，但是，当存在的干扰数超过阵列自由度时，干扰抑制效果不明显；使用累积量进行阵列扩展时，高阶累积量产生大量阵元冗余。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法，将基于嵌套阵的高阶累积量的方法应用到波束形成方法中，利用四阶累积量的阵列扩展作用和二级嵌套阵的稀疏性，减少了累积量产生的阵元冗余，有效的提升了阵列自由度，改善了算法的超自由度干扰抑制性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

采用二级均匀直线嵌套阵作为接收阵列，阵元总数为M，第一级阵的阵元数为M₁，阵元间距为d，第二级阵的阵元数为M₂，阵元间距为(M₁+1)d；假设阵列接收的p 个信号S(t)＝[s₁(t),…s_p(t)]^T相互独立，均为远场窄带信号，入射方向分别为θ₁…θ_p，接收信号的矩阵表示形式X(t)＝A(θ)·S(t)+N(t)，其中，A(θ)＝[a(θ₁),…a(θ_p)]为阵列流形， N(t)表示噪声，则该阵列信号的四阶累计量的协方差矩阵