[发明专利]基于直接凸优化建模的鲁棒性自适应波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于直接凸优化建模的鲁棒性自适应波束形成算法，属于雷达技术领域。本发明基于其发现的Robust‑ADBF存在可减小误差，公开了一种基于直接凸优化建模的鲁棒性自适应波束形成算法，本发明的算法不仅避免了非凸优化问题近似成凸优化带来的误差，还进一步通过信号幅值响应约束来精确控制角度误差范围，并进行交叉迭代求解。本发明在干扰方向凹口更深，与现有波束形成方案相比，具有10dB以上的提升；且输出SINR有较大提升，系统性能更优。

技术领域

本发明属于波束形成技术领域，具体涉及一种基于直接凸优化建模的鲁棒性自适应波束形成方法。

背景技术

鲁棒性自适应波束形成方法(Robust-ADBF)是导向矢量失配下的有效的自适应波束形成方法，广泛用于实际工程中。在实际工程应用中，由于环境的不确定性、天线阵列位置扰动与天线流形畸变等导致的期望信号导向向量失配，会严重降低传统波束形成的性能，具体可参考文献《Feng Y,Liao G,Xu J,Zhu S,Zeng C.Robust adaptive beam-forming against large steering vector mismatch using multiple uncertaintysets,Signal.Process.,152(2018),pp.320-330》和《J.Qian,Z.He,W.Zhang,et al.Robust adaptive beamforming for multiple-input multiple-output radar withspatial filtering techniques,Signal Process,143(2018),pp.152-160》。

由于Robust-ADBF可以在环境的不确定性、天线阵列位置扰动与天线流形畸变等导致的期望信号导向向量失配等情况下，仍能有很好的自适应波束形成性能，于是Robust-ADBF受到广泛关注。目前，主要的Robust-ADBF方法大体上可以分为三类方案：第一类是对角加载(LSMI)方法；第二类是空间投影方法；第三类是间接凸优化方法。

在第一类方法中，通常通过在协方差矩阵上加上一个对角矩阵，从而减小失配误差的影响。

在第二类方法中，通常将含有期望信号信息的信号分量投影到信号空间，将期望信号导向向量与干扰向量分离，实现信号导向向量的准确估计，减小扰动带来的失配影响。

在第三类方法中，首先将Robust-ADBF建模成非凸优化问题，然后近似转化成凸优化问题，实现对非凸优化问题的间接凸优化求解。

上述三类方法都是将Robust-ADBF首先建模成非凸优化问题，然后将非凸优化问题近似成凸优化问题，实现对非凸优化问题的间接求解。但是，在非凸优化问题近似成凸优化问题的过程中不可避免会带来近似误差；并且大部分方法中，都不能准确控制信号角度的误差范围，难以准确利用角度误差的先验信息，这种角度误差范围的失配可能会引入额外误差。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前的Robust-ADBF方法中首先建模成非凸优化问题然后近似成凸优化问题求解带来近似误差的问题，提出将Robust-ADBF直接建模成双凸优化问题，从而避免了非凸优化问题近似成凸优化带来的误差；针对现有鲁棒性自适应波束形成方法在处理过程中目标的角度误差范围不能准确控制的技术问题，提出了一种基于双凸优化的鲁棒性自适应波束形成方法，通过减少或取消近似环节并且通过信号幅值响应约束进一步精确控制角度误差范围，从而进一步提升波束形成性能。

本发明的基于双凸优化的鲁棒性自适应波束形成方法，包括下列步骤：

步骤S1：基于雷达的阵列接收信号x(k)得到自相关矩阵

其中，x(k)为维度为M的列向量，M表示雷达的接收阵元数；N表示阵列接收信号的快拍数，(·)^H表示矩阵的共轭转置；

步骤S2：构建用于获取最优权向量的双凸优化模型：