[发明专利]主瓣干扰下宽带阵列自适应波束形成方法

摘要

本发明公开了一种主瓣干扰下宽带阵列自适应波束形成方法，主要解决现有技术对主瓣干扰抑制时出现的峰值偏移、主瓣展宽、旁瓣升高的问题。其实现方案是：利用Capon谱估计方法，估计主瓣干扰方向；通过阻塞矩阵消除信号的主瓣干扰成分；对消除主瓣干扰后的信号进行聚焦处理；对聚焦输出信号的协方差矩阵进行重构；根据重构所得信号相关矩阵，求取主瓣子空间投影恒定为约束条件的下的参考频率最优权；对参考频率最优权进行聚焦逆变换，得到各频率对应的权矢量，进而对信号加权，得到阵列的波束形成输出信号。本发明有效抑制主瓣干扰与旁瓣干扰，实现了方向图的主瓣保形，降低了旁瓣电平，提高了运算效率，可用于复杂干扰环境下的目标检测。

主权项

1.一种主瓣干扰下宽带阵列自适应波束形成方法，包括：(1)假设主瓣内仅存在一个干扰，根据Capon空间谱估计方法对主瓣干扰进行方位估计，得到主瓣干扰角度θ1；(2)对接收信号x(n)进行主瓣干扰阻塞预处理，得到去除主瓣干扰后的频域输出Xo(fi)，i＝1,2,…,J，其中J为傅里叶变换的点数；(3)对去除主瓣干扰后的频域输出X_o(f_i)进行频率聚焦处理，得到聚焦输出信号Y(f_i)，进而得到其协方差矩阵(4)重构信号协方差矩阵(4a)对信号协方差矩阵进行特征分解，得到如下表达式：其中，M为阵元个数，λ_m为信号协方差矩阵的特征值，且λ₁≥λ₂≥…≥λ_m≥…≥λ_M‑1，u_m为特征值λ_m对应的特征向量，(·)^H为共轭转置，m＝1,2,…,M‑1；(4b)在特征值λm中选取噪声对应的特征值λM‑P、λM‑P+1、…、λM‑1，其中噪声对应特征值个数P的表达式为：(4c)计算噪声特征值λ_M‑P、λ_M‑P+1、…、λ_M‑1的平均值(4d)用噪声均值对噪声特征值进行修正，令噪声特征值λ_M‑P、λ_M‑P+1、…、λ_M‑1均等于噪声均值得到修正后信号协方差矩阵的表达式为：其中，为修正后的特征值所组成的对角矩阵，U为特征向量矩阵，U＝[u₁,u₂,…,u_M‑1]。(5)以权矢量在主瓣子空间的投影不变为约束条件，计算最小方差准则下的最优权向量W(f0)：(5a)在主瓣角度θ_3dB内等间隔依次选取K个角度利用各角度对应的导向矢量构造主瓣协方差矩阵，得到如下表达式：其中，为角度为的导向向量，r＝1,2,…,K；(5b)对主瓣协方差矩阵进行特征分解，得到如下表达式：其中，λ′_l为主瓣协方差矩阵的特征值，且λ′₁≥λ′₂≥…≥λ′_l≥…≥λ′_K，v_l为特征值λ′_l对应的特征向量，l＝1,2,…,K；(5c)在特征向量vl中选取主瓣子空间对应的特征向量v1、v2、…、vQ，其中主瓣子空间对应特征向量个数Q的表达式为：(5d)用主瓣子空间特征矢量v1、v2、…、vQ构成主瓣子空间V：V＝(v1,v2,…vQ)               <8>(5e)根据主瓣子空间构造主瓣子空间的投影矩阵(5f)以权矢量在主瓣子空间的投影不变为约束条件，根据(4)得到的修正后信号协方差矩阵计算最小方差条件下的最优权向量：其中，a(θ0，f0)为波束中心指向角θ0的导向矢量；求解式<10>，得到参考频率处的最优权矢量的表达式为：(6)对参考频率处的最优权矢量W(f0)进行聚焦逆变换，得到各频率处的最优权矢量W′(fi)，并将其与(2)得到的去除主瓣干扰后的频域输出Xo(fi)相乘，再对相乘结果进行反傅里叶变换，完成主瓣干扰下宽带阵列自适应波束形成。