[发明专利]基于空间谱重构和导向矢量直接估计的波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于空间谱重构和导向矢量直接估计的波束形成方法，通过重构干扰加噪声协方差矩阵和凸优化估计期望信号导向矢量，得到稳健的自适应波束形成权矢量，从而获得最优的波束形成器的输出量，本发明提供的基于干扰加噪声协方差重构的阵列天线波束形成方法的综合稳健性更优，特别是针对DOA估计误差和不同输入干信比INR情况下，算法对干扰的抑制能力更好，输出信干噪比更高，计算速度更快。

技术领域

本发明涉及阵列天线波束形成方法，具体涉及一种基于空间谱重构和导向矢量直接估计的波束形成方法。

背景技术

波束形成技术是阵列信号处理的一个重要研究方向，通过对阵列天线输出的信号进行相应处理，会形成相应的不同方向的波束，利用波束形成可以提取期望信号，抑制噪声和干扰信号，从而提高阵列输出信号的信噪比，波束形成性能的好坏决定着阵列信号处理系统性能的优劣。

现有技术在形成阵列天线波束时，利用干扰加噪声协方差矩阵和期望信号导向矢量真实值获得，现有技术在计算干扰加噪声协方差矩阵时，利用的重构方法计算量大且由于受到了干扰来向区域干扰信号的干扰使得重构精度低；现有技术在获得导向矢量时通常采用间接估计误差获得，该种方法获得的导向矢量精度较低，并且现有的天线波束形成的方法对不同干噪比下的干扰抑制能力差，稳健性不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空间谱重构和导向矢量直接估计的波束形成方法，用以解决现有技术中的波束形成方法存在精度较低的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种基于空间谱重构和导向矢量直接估计的波束形成方法，对阵列天线输出的信号序列x采用式III进行处理，获得输出波束y：

其中，为重构的干扰加噪声协方差矩阵，为导向矢量估计值；

所述的重构的干扰加噪声协方差矩阵采用式IV获得：

其中，为重构的干扰信号协方差估计矩阵，ψ为阈值系数，ψ＝3～5；为噪声能量估计值，I_N是N×N的单位矩阵，N 为所述阵列天线的单元个数，N为大于1的整数。

进一步地，所述的重构的干扰信号协方差矩阵为：

其中，a(θ)是当角度为θ时的导向矢量，是采样数据协方差矩阵，表示空间谱强度大于空间谱强度阈值p0时对应的导向矢量的角度范围，

进一步地，所述的导向矢量估计值通过利用凸优化求解工具求解式VII获得：

其中，a₀为导向矢量真实值,||·||_∞表示最大值范数，ε表示导向矢量误差的最大值范数，ε＝0.1～0.3，是采样数据协方差矩阵。

进一步地，所述的噪声能量估计值通过对采样数据协方差矩阵进行特征分解后选取最小的特征值获得。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果：

1、本发明提供基于空间谱重构和导向矢量直接估计的波束形成方法采用了基于空间谱的重构方法，对干扰来向区域进行干扰信号协方差矩阵重构，提高了重构精度，加快了波束形成的效率，而且对干扰信号的抑制能力更加稳健；

2、本发明提供基于空间谱重构和导向矢量直接估计的波束形成方法运用凸优化工具直接对信号导向矢量进行最优化估计，减小了处理步骤，提高了重构精度，加快了波束形成的效率；