一種抑制旁瓣電平及旁瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于陣列信號處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 自適應(yīng)波束形成（ABF，Adaptive Beamforming)是陣列信號處理領(lǐng)域的一項關(guān)鍵 技術(shù)，在電子與信息系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用。該技術(shù)具有自適應(yīng)干擾抑制作用，即其方向圖可 在干擾方向自動形成零陷。
[0003] ABF技術(shù)的關(guān)鍵是確定自適應(yīng)權(quán)值。ABF中最簡單、最基本的方法是取樣協(xié)方差矩 陣求逆（SMI，Sample Matrix Inverse)，但其性能不理想，該方法盡管可使系統(tǒng)輸出SINR( Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,信干噪比）最大，但沒有抑制旁瓣電平的機 制，導(dǎo)致自適應(yīng)方向圖的旁瓣電平很高。另一方面，該方法得到的自適應(yīng)方向圖的旁瓣電平 起伏較大，原因是它由有限的采樣數(shù)估計干擾加噪聲的協(xié)方差矩陣，而通常采樣數(shù)難以達 到很大，導(dǎo)致協(xié)方差矩陣的估值產(chǎn)生誤差，引起自適應(yīng)權(quán)值的抖動，從而產(chǎn)生旁瓣起伏。因 而，SMI方法在實際中難以應(yīng)用。
[0004] 為此，已提出多種ABF技術(shù)來克服SMI方法的局限性。其中，子空間投影法及罰 函數(shù)法是兩種代表性方法。這里，子空間投影法有很好的旁瓣抑制性能，但無法減小旁瓣 起伏。而罰函數(shù)法可抑制旁瓣電平并減小旁瓣起伏，可在干擾抑制性能與低旁瓣間進行折 衷；該方法使陣列輸出功率與罰函數(shù)加權(quán)和為最小，為此需采用對角加載技術(shù)，而加載因子 決定了其輸出功率與罰函數(shù)間的相對權(quán)。因而罰函數(shù)法存在加載值的選取問題，如果加載 值過高將導(dǎo)致SINR損失。
[0005] 由于上述已有ABF方法的局限，需要研究更為有效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有子空間投影法及罰函數(shù)法具有局限性的問題，現(xiàn)提供一種 抑制旁瓣電平及旁瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法。
[0007] -種抑制旁瓣電平及旁瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法，該方法為：
[0008] 設(shè)陣列中的陣元總數(shù)為N，構(gòu)造陣列在波束指向處的導(dǎo)向向量：對陣列 輸出的干擾加噪聲信號進行K次采樣，獲得第k次采樣時陣列輸出的N維干擾加噪聲向量 x(k)，其中K和N均為正整數(shù)，且I < k < K，利用N維干擾加噪聲向量x(k)獲得陣列輸出 的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣f ;.并根據(jù)干擾加噪聲協(xié)方差矩陣及獲得SMI方法的自適應(yīng)權(quán) wSMI?
[0009] 利用信息論準則估計干擾子空間的維數(shù)L，并估計干擾子空間；即獲得NXL維酉 矩陣，其各列張成了干擾子空間，然后估計張成干擾加約束零點子空間的各基向量所構(gòu)成 的矩陣Xi;
[0010] 構(gòu)建方向加權(quán)矩陣C和靜態(tài)權(quán)向量Wq，利用方向加權(quán)矩陣C和靜態(tài)權(quán)向量W q構(gòu)建 罰函數(shù)，并使該罰函數(shù)值為最小，進而獲得系數(shù)向量b ;
[0011] 利用系數(shù)向量b、SMI方法的自適應(yīng)權(quán)wSMI和矩陣X 1，獲得能夠抑制旁瓣電平及旁 瓣起伏的自適應(yīng)權(quán)向量w ;
[0012] 利用獲得的自適應(yīng)權(quán)向量w實現(xiàn)自適應(yīng)波束形成。
[0013] 本發(fā)明提出一種抑制旁瓣電平及旁瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法，該方法將子空 間投影及罰函數(shù)等兩種方法進行結(jié)合。該方法有良好的旁瓣電平控制能力，可有效抑制旁 瓣電平且保持方向圖的穩(wěn)定性。在旁瓣電平及輸出SINR方面均優(yōu)于已有的子空間投影法， 在主瓣干擾下優(yōu)勢更為明顯。與罰函數(shù)方法相比，本發(fā)明所提出的方法無需進行對角加載 及選取用于方向圖擬合的加載值，避免了由加載不當(dāng)導(dǎo)致的SINR損失。本發(fā)明能夠得到低 旁瓣電平、小的旁瓣起伏，有良好的方向圖穩(wěn)定性，且無需選取加載值。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0014] 一：本實施方式所述的一種抑制旁瓣電平及旁瓣起伏的自適應(yīng)波束 形成方法，該方法為：
[0015] 設(shè)陣列中的陣元總數(shù)為N，構(gòu)造陣列在波束指向處的導(dǎo)向向量(?,羚);對陣列 輸出的干擾加噪聲信號進行K次采樣，獲得第k次采樣時陣列輸出的N維干擾加噪聲向量 X (k)，其中K和N均為正整數(shù)，且K k < K，利用N維干擾加噪聲向量X (k)獲得陣列輸出的 干擾加噪聲協(xié)方差矩陣A ;并根據(jù)干擾加噪聲協(xié)方差矩陣J獲得SMI方法的自適應(yīng)權(quán)％";
[0016] 利用信息論準則估計干擾子空間的維數(shù)L，并估計干擾子空間；即獲得NXL維酉 矩陣，其各列張成了干擾子空間，然后估計張成干擾加約束零點子空間的各基向量所構(gòu)成 的矩陣Xi;
[0017] 構(gòu)建方向加權(quán)矩陣C和靜態(tài)權(quán)向量wq，利用方向加權(quán)矩陣C和靜態(tài)權(quán)向量W q構(gòu)建 罰函數(shù)，并使該罰函數(shù)值為最小，進而獲得系數(shù)向量b ;
[0018] 利用系數(shù)向量b、SMI方法的自適應(yīng)權(quán)wSMI和矩陣X 1，獲得能夠抑制旁瓣電平及旁 瓣起伏的自適應(yīng)權(quán)向量w ;
[0019] 利用獲得的自適應(yīng)權(quán)向量w實現(xiàn)自適應(yīng)波束形成。
[0020] 本發(fā)明的自適應(yīng)權(quán)向量是對常規(guī)SMI方法的自適應(yīng)權(quán)進行修正得到的。為使所提 出的ABF方法能保持良好的干擾抑制性能，令SMI自適應(yīng)權(quán)向量的位于干擾子空間中的分 量保持不變；而對SMI自適應(yīng)權(quán)向量的位于干擾加約束零點子空間中的分量進行調(diào)整，因 為位于干擾加約束零點子空間中的自適應(yīng)權(quán)向量的分量對干擾抑制性能影響較小。具體地 說，就是從SMI的自適應(yīng)權(quán)向量中減去其位于干擾加約束零點子空間中的分量的一部分， 從而得到低旁瓣。為此，本發(fā)明利用子空間投影法對干擾子空間進行估計，而子空間投影法 也是將方向圖約束策略引入SMI中；從而與SMI方法相比，本發(fā)明得到的自適應(yīng)方向圖的旁 瓣得到顯著抑制。
[0021]
【具體實施方式】二：本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種抑制旁瓣電平及旁 瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法作進一步說明，本實施方式中，根據(jù)下式構(gòu)造陣列在波束指 向處的導(dǎo)向向量識」）：
[0022] LlN 丄UO丄84U4Z Λ 1VJ ?/^i ^
[0023] 式中，<?(?科,）為N維列向量，:(％,識.,）為陣列的波束指向，其中Θ。為俯仰角，識,為 方位角；（xn，yn)為陣列中第η個陣元的坐標，且1彡η彡N-I ;〇τ(Λ，識,):=sii^cos識,為陣 列波束指向(?屬)處的單位向量在X軸方向的投影.,為）=sin6>, Sind,為陣列波束指 向(爲(wèi)，?%)處的單位向量在y軸方向的投影，λ為信號波長。
[0024] 本實施方式中，第0個陣元位于坐標原點且為參考陣元。
[0025] 【具體實施方式】三：本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種抑制旁瓣電平及旁 瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法作進一步說明，本實施方式中，根據(jù)下式獲得陣列輸出的干 擾加噪聲的協(xié)方差矩陣及：
[0027] 式中，1表示轉(zhuǎn)置運算。
[0028] 【具體實施方式】四：本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種抑制旁瓣電平及旁 瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法作進一步說明，本實施方式中，采用下式獲得SMI方法的自 適應(yīng)權(quán)Wsmi:
[0030] 式中，μ為常數(shù)。
【具體實施方式】 [0031] 五：本實施方式是對一所述的一種抑制旁瓣電平及旁 瓣起伏的自適應(yīng)波束形成方法作進一步說明，本實施方式中，估計干擾子空間維數(shù)L的方 法為：
[0032] 首先，構(gòu)造以m為自變量的描述特征向量均一性的函數(shù)T(m):
[0034] 式中，金的由大到小排列的特征值，其中1彡i彡N;
[0035] 然后，采集m取不同值時的函數(shù)值Q (m):
[0036] Q (m) = K (N-m) IgT (m) + (m/2) (2N_m) IgK
[0037] 當(dāng)Q (m)為最小時，該最小值所對應(yīng)的m