[发明专利]一种具有联合鲁棒性的波束形成方法

摘要

本发明属于阵列信号处理领域，主要涉及基于标准Capon自适应波束形成对算法对协方差矩阵误差和期望信号导向矢量误差的稳健性。本发明基于一种具有联合鲁棒性的波束形成方法(RAB‑JR)，首先提出一种修正的广义线性组合算法(Modified General Linear Combination)来重新估计协方差矩阵，以提高波束形成算法对协方差矩阵误差的鲁棒性；然后利用该协方差矩阵构造关于期望信号导向矢量误差的二次约束二次规划的优化问题求解期望信号导向矢量，以提高对期望信号导向矢量误差的鲁棒性；最后联合所得协方差矩阵和期望信号导向矢量，形成具有联合鲁棒性的波束形成算法。本发明可以大大减弱或避免期望信号自零陷现象，提高对期望信号导向矢量误差的鲁棒性，大大提高输出SINR。

主权项

1.一种具有联合鲁棒性的波束形成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、由M个阵元构成的均匀线阵接收到D个来自远场信源的信号，所述D个信号的来波方向为θ_d，设第1个信号为期望信号，其余D‑1个均为干扰信号，所述D个信号之间互不相关，且信号与噪声之间互不相关，则第n个快拍下阵列接收数据记为其中，s_d(n)和a(θ_d)分别为第d个信号的基带信号波形和导向矢量，v(n)表示阵列接收到的零均值高斯白噪声矢量，则阵列接收到的N个快拍数据可表示为如下的形式：X＝[x(1),…,x(N)]，由阵列接收数据矩阵X可以得到阵列接收数据的样本协方差矩阵其中，D为整数，N为整数，d＝1,2,…,D，‑90°≤θ_d≤90°，n＝1,2,...,N；S2、用条件矩阵代替原广义线性组合算法中的单位矩阵I_N，得到新的协方差矩阵估计然后在最小均方根误差准则下求解系数α和β，其中其中，M为整数；S3、将信号来波方向的整个区间Θ＝[‑90°，90°]划分为两个区间Θ₁,Θ₂，所述两个区间Θ₁,Θ₂满足Θ₁∪Θ₂＝Θ，其中，期望信号来波方向在区间Θ₁中，即θ₁∈Θ₁，而干扰信号来波方向均在区间Θ₂中，即θ_d∈Θ₂,d＝2,…,D，对区间Θ₂进行离散化得到离散角度区间在采用Capon空间谱估计算法进行干扰噪声协方差矩阵的重构，得到具体步骤如下：S31、将区间Θ₂进行区间离散化为包含L个元素的角度集合即d＝2,…,D，其中，L为整数；S32、对角度集合中每个角度上采用Capon空间谱估计算法，得到每个角度的功率估计其中，l＝1,2,…,L，对所述L个元素的角度上进行如下的运算，即得到干扰噪声协方差矩阵的重构S33、利用S2所得R_M和S32所得构造关于期望信号导向矢量误差的二次约束二次规划优化问题如下：其中，为预估的期望信号导向矢量，Δ_max为在期望信号来波方向在区间Θ₁中的最大值，采用CVX软件求解该二次约束二次规划问题，得到导向矢量误差e_⊥，从而估计出期望信号导向矢量S4、联合S2所得的协方差矩阵R_M和S3所估计的期望信号导向矢量从而得到具有联合鲁棒性RAB‑JR的波束形成