[发明专利]期望信号DOA误差下基于导向矢量估计的稳健宽带波束形成方法

说明书

本发明公开了一种期望信号DOA误差下基于导向矢量估计的稳健宽带波束形成方法，属于自适应阵列信号处理领域的波束形成技术。本发明可以有效的避免在自适应干扰抑制过程中，由于DOA误差导致期望信号发生自消的情况，并且，当期望信号DOA信息存在误差的情况下，本发明能获得更高的输出SINR性能，具有很好的稳健性。为了进一步的适用于实际工程的应用场景，本发明基于数据快拍的迭代更新法，进一步的降低了基于子空间旋转的稳健性设计方法所带来的复杂度。

技术领域

本发明涉及自适应阵列信号处理领域的波束形成技术，具体是涉及阵列结构参数准确已知，但是期望信号存在DOA(Direction of Arrival，DOA)失配的稳健自适应波束形成方法。

背景技术

阵列信号处理在雷达，声纳，通信领域中有很重要的应用。近几十年来，由于目标参数信息的不准确、信号的传播损耗、目标散射与多径传播以及阵列各通道间的校正误差均会导致期望信号的导向矢量出现偏差。这种情况下，波束形成器对目标信号的响应约束与该信号的真实导向矢量不匹配。期望信号的增益会出现下降，甚至可能出现波束形成器将期望信号视为干扰进行抑制的情况，最终造成输出性能恶化。因此，在期望信号存在导向失配下是一个非常热门的研究方向。

对于一个空时抽头延迟线(Tapped Delay Line,TDL)阵列，其空域维为M阵元的均匀线阵(Uniform Linear Array,ULA)，每个阵元后面接J个时域抽头，组成FIR滤波器。那么，第k个采样快拍的接收信号模型可以表示如下：

其中x_l(k)代表第l-1个抽头接收到的M×1维信号矢量，(·)^T表示转置。假设P+1个远场宽带信号入射到阵列，则整个接收信号可以表示为：其中x_s(k)，和x_n(k)分别表示期望信号，干扰信号以及噪声信号分量。经过加权处理之后的输出信号为：y(k)＝w^Hx(k)，相应的输出信号功率为：P_out＝w^HR_xxw。其中表示接收信号协方差矩阵，K为采样快拍数，(·)^H表示共轭转置。

权值模型可以表示为：

w_l＝[w_1,l,w_2,l,…,w_M,l]^T,l＝1,2,…,J

根据接收信号模型，可以给出阵列空间频率响应函数，表达式为：

其中，表示Kronecker积。若令各阵元均具有单位增益以及全向性，则空域维和时域维导向矢量分别为：

在空域维导向矢量a_s(f,θ)中，τ_m(θ)表示信号从参考点传播到第m个阵元的传播延迟，f表示频率，θ表示信号角度，e为自然底数，j表示虚数单位。

假定第1阵元作为参考阵元，ULA设定之下，τ_m(θ)＝(m-1)dsinθ/c,m＝1,2,…,M。d表示阵元间距，c表示光速。T(f)代表预延迟处理矩阵，其表达式为

其中T_m＝T₀-τ_m,m＝1,2,…,M，T₀的作用是保证预延迟量非负。将上式代入G(f,θ)表达式中，可以得到

其中1_M×1表示M×1维全1矢量，I_J为J×J单位矩阵。