[发明专利]加权子空间自适应天线方向图旁瓣形状精确控制方法

说明书

本发明公开了一种加权子空间自适应天线方向图旁瓣形状精确控制方法，包括以下步骤：根据波束指向和期望的旁瓣电平分布确定旁瓣加权函数；使用旁瓣加权函数对旁瓣区导向性矢量进行加权，采用加权后的旁瓣区导向性矢量计算旁瓣协方差矩阵，取其主特征向量构建旁瓣子空间矩阵；将自适应权重向旁瓣子空间矩阵投影，通过不等式约束其模值；将该不等式约束和MVDR优化问题联立，形成改进的MVDR代价函数；采用内点法求解自适应权重。本发明在保证主瓣准确指向期望信号，自适应抑制旁瓣区连续干扰的同时，能够精确地控制自适应方向图峰值旁瓣电平以抑制突发脉冲干扰，并具备复杂的旁瓣区电平分布控制能力，以适用于特殊的空域干扰和杂波抑制场景。

技术领域

本发明属于阵列天线空域抗干扰领域，具体涉及一种加权子空间自适应天线方向图旁瓣形状精确控制方法。

背景技术

自适应数字波束形成技术的显著优势在于它能够在保证天线方向图主瓣指向期望信号的同时自适应地在干扰方向产生零陷。最著名的自适应数字波束形成器是最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成器和由之推广而来的线性约束最小方差(Linear Constraint Minimum Variance，LCMV)波束形成器，它们都是在满足给定线性约束的条件下最小化波束形成器的输出功率从而自适应地抑制干扰。

MVDR波束形成器可以表示为：

W＝argminw^HR_xw s.t.w^Ha(θ₀)＝1。

但是对一些时间快变干扰，尤其是突发脉冲形式的干扰，自适应波束形成器通常来不及或者无法及时更新权重系数来产生自适应零陷，造成波束形成器的输出性能下降。低旁瓣控制技术，在不更新权重系数的情况下，对此类干扰也具有一定的抑制作用。另一方面，高精度的目标角度估计和跟踪一般采用和差单脉冲测角技术。而单脉冲测角要求测角波束具有稳定的主瓣形状和指向，若主瓣变形或者峰值偏移，不仅影响测角精度，而且会导致输出信干噪比下降。传统的MVDR和LCMV波束形成器往往不具备稳健的方向图主瓣控制能力，当存在接收数据模型误差，如低快拍，主瓣信号，导向性矢量误差或者阵列误差情况下，方向图主瓣特性会严重恶化。因此，研究自适应天线方向图控制尤为重要，同时为了应对多样化的干扰和杂波，复杂的旁瓣形状控制也至关重要。

对角加载是一种经典的旁瓣控制方法，通过在协方差矩阵中人为注入噪声提高协方差矩阵的稳健性，从而避免方向图大幅度抖动，但是对角加载量通常难以确定；罚函数方法通过让自适应方向图或者自适应权重逼近预先优化好的静态方向图或者静态权重来达到控制旁瓣电平的目的，然而此类方法一般无法精确控制自适应方向图的峰值旁瓣电平，更不具有复杂的旁瓣形状控制能力。文献1(R.Wu,Z.Bao,Y.L.Ma,“Control of peaksidelobe level in adaptive arrays,”IEEE Transactions on AntennasPropagation,vol.44,no.10,1996,pp.1341-1347.)通过对角加载方法求解其提出的罚函数模型，并推导出对角加载量和期望峰值旁瓣电平之间准确的数值关系，利用这一关系可以实现峰值旁瓣电平精确控制，但是其精确性依赖于合适的静态权重；文献2(J.Liu,A.B.Gershman,Z.Q.Luo,et al.,“Adaptive beamforming with sidelobe control:a second-ordercone programming approach,”IEEE Signal Processing letters,vol.10,no.11,2003,pp.331-334.)采用多个二次不等式约束直接控制旁瓣电平，该方法保证优化出的峰值旁瓣电平位于期望值以下，但是计算量大，且方向图主瓣指向不稳定。

发明内容