[发明专利]导向矢量和协方差矩阵联合迭代的稳健波束形成方法

摘要

本发明公开了导向矢量和协方差矩阵联合迭代的稳健波束形成方法，解决自适应波束形成技术中期望信号导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵估计问题。实现过程为：利用阵列采集的雷达回波数据估计采样协方差矩阵；初始化期望信号导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵；建立凸优化方程估计期望信号导向矢量误差；更新导向矢量和协方差矩阵，交替迭代，直至得到导向矢量和协方差矩阵的最优估计；计算权值实现稳健波束形成。本发明在波达角和阵列校准误差同时存在时，提高了期望信号导向矢量约束能力，从采样协方差矩阵准确剔除期望信号估计干扰加噪声协方差矩阵，避免期望信号‘自消’现象，可用于存在波达角和阵列校准误差下实现自适应波束形成。

主权项

1.一种导向矢量和协方差矩阵联合迭代的稳健波束形成方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤(1)接收回波数据：均匀线阵在t时刻接收到的雷达回波数据为X(t)，均匀线阵由M个阵元按半波长排布，均匀线阵的接收数据中含有一个期望信号和J个干扰信号的回波信息；步骤(2)计算协方差矩阵：计算线阵采集得到的雷达回波数据的协方差矩阵K为快拍数，(·)H表示共轭转置；步骤(3)初始化期望信号导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵：假设k为当前迭代次数，期望信号大致角度区间为Θ，利用采样协方差矩阵结合Capon功率谱在区间Θ重构期望信号矩阵Q，对其分解，得到其最大特征值对应的特征矢量，即完成初始化期望信号导向矢量利用初始化的期望信号导向矢量估计其功率，然后从采样协方差矩阵剔除期望信号分量，并加载一个可以避免秩亏的小对角矩阵δI，完成初始化干扰加噪声协方差矩阵步骤(4)估计噪声子空间U_N和干扰子空间U_J：对采样协方差矩阵做特征值分解，并将特征值降序排列，得到后M‑J‑1个小特征值对应的特征矢量张成的噪声子空间U_N；然后对估计的干扰加噪声协方差矩阵做特征值分解，得到前J个大特征值对应的特征矢量张成的干扰子空间U_J；步骤(5)建立凸优化方程，估计期望信号导向矢量误差正交分量e⊥：通过最大化期望信号输出功率，同时利用估计的噪声子空间UN和干扰子空间UJ约束更新后的期望信号导向矢量较更新前的期望信号导向矢量更接近期望信号真实方向，建立凸优化方程，估计期望信号导向矢量误差e与初估计的期望信号导向矢量正交的误差分量e⊥；步骤(6)更新期望信号导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵：将估计得到的期望信号导向矢量误差正交分量e⊥补偿到未更新的期望信号导向矢量，完成对期望信号导向矢量的更新，然后重新估计期望信号功率，再根据更新后的期望信号导向矢量和期望信号功率估计期望信号自相关矩阵，进而从采样协方差矩阵剔除更新后的期望信号自相关矩阵，并加载一个可以避免秩亏的小对角矩阵δI，完成对干扰加噪声协方差矩阵的更新；步骤(7)迭代终止判决：如果迭代后的期望信号功率大于迭代前的期望信号功率，令k＝k+1，继续迭代，重复步骤4，步骤5和步骤6，直至迭代终止；如果迭代后的期望信号功率小于或等于迭代前的期望信号功率，则迭代终止，执行步骤(8)；步骤(8)计算自适应波束形成最优权：利用期望信号导向矢量和干扰加噪声协方差的最优估计计算自适应波束形成最优权W，完成导向矢量和协方差矩阵联合迭代的稳健波束形成。