【技术实现步骤摘要】
一种基于可变不确定集约束的鲁棒自适应波束形成方法
本专利技术涉及水声信号处理
,尤其涉及一种基于可变不确定集约束的鲁棒自适应波束形成方法。
技术介绍
阵列信号波束形成方法被广泛应用于声呐、雷达、无线通信和医学影像等领域。常规波束形成(CBF)方法性能稳定、计算简单,但目标角度分辨能力不足、干扰抑制能力较差。自适应波束形成(MVDR或Capon)方法在理想条件下具有优秀的目标角度分辨能力和干扰抑制能力。但在实际系统中通常很难满足理想条件,观察方向误差、阵形标定误差、通道幅度与相位误差等因素会造成导向向量失配,接收快拍数据有限会导致协方差矩阵失配,这些因素使得自适应波束形成方法的性能严重下降。鲁棒自适应波束形成方法的提出,就是为了改善非理想条件下自适应波束形成方法的性能。一种经典的鲁棒自适应波束形成方法是样本协方差矩阵对角加载(LSMI)方法,该方法计算量较小、目标方位估计较为准确,但对角加载量的大小缺乏具备物理意义的选取准则,且目标功率估计通常失真。基于子空间的鲁棒自适应波束形成方法对导向向量误差具有鲁棒性,但在许多实际环境中信噪子空间难以分离,低信噪比时性能较差。一类鲁棒自适应波束形成方法利用了协方差矩阵重构技术,然而这种基于重构的方法在任意阵形误差情况下性能不佳。还有一类常见的鲁棒自适应波束形成方法,其求解依赖于凸优化数学工具,由于计算量非常大,目前在实际中难以应用。2003年开始出现的最差情况性能最优(Worst-CasePerformanceOptimization,简称WCPO)方法与鲁棒Cap ...
【技术保护点】
1.一种基于可变不确定集约束的鲁棒自适应波束形成方法,所述方法包括:/n步骤1)计算接收阵列信号的样本协方差矩阵,进行特征值分解,并计算每个扫描角度对应的投影向量;/n步骤2)由LSMI方法利用投影向量得到K个目标方位,再由CBF方法估计目标功率和噪声功率;/n步骤3)由K个目标方位、目标功率以及噪声功率计算协方差矩阵误差范数上界估计;/n步骤4)计算当前扫描角度的导向向量误差范数上界估计;/n步骤5)求解参数协方差矩阵误差范数上界估计和导向向量误差范数上界估计的不确定集约束下的WCPO问题,得到最佳加权向量和空间功率谱的估计;/n步骤6)根据最佳加权向量修正空间功率谱的估计;/n步骤7)返回步骤4),直至完成所有扫描角度的求解工作。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于可变不确定集约束的鲁棒自适应波束形成方法,所述方法包括:
步骤1)计算接收阵列信号的样本协方差矩阵,进行特征值分解,并计算每个扫描角度对应的投影向量;
步骤2)由LSMI方法利用投影向量得到K个目标方位,再由CBF方法估计目标功率和噪声功率;
步骤3)由K个目标方位、目标功率以及噪声功率计算协方差矩阵误差范数上界估计;
步骤4)计算当前扫描角度的导向向量误差范数上界估计;
步骤5)求解参数协方差矩阵误差范数上界估计和导向向量误差范数上界估计的不确定集约束下的WCPO问题,得到最佳加权向量和空间功率谱的估计;
步骤6)根据最佳加权向量修正空间功率谱的估计;
步骤7)返回步骤4),直至完成所有扫描角度的求解工作。
2.根据权利要求1的基于可变不确定集约束的鲁棒自适应波束形成方法,其特征在于,所述步骤1)具体为:
阵列信号模型的阵元数为N,目标数为K,频域快拍数为M,第m个时刻的频域阵列接收数据xm为:
其中,sk,m为第k个目标第m个时刻的随机信号,ak为第k个目标的(N×1)维导向向量,ak的幅度满足||ak||2=N;||·||表示范数,nm为第m个时刻的(N×1)维噪声向量,1≤k≤K;
根据下式计算样本协方差矩阵为:
根据下式计算样本协方差矩阵的特征值分解:
其中,Γ=diag(ξ1,ξ2,…,ξN)是由依次递减的特征值ξi构成的对角阵,U为对应特征向量组成的酋矩阵,H表示共轭转置;
将实变量τ的求解方程简化为如下形式:
其中,w为最佳加权向量,λ为实值Lagrange乘子,ξi为第i个特征值,ε为导向向量误差范数上界,η为协方差矩阵误差范数上界;
由下式计算每个扫描角度θ对应的投影向量g:
其中,gi为投影向量g的第i个元素,为扫描角度θ处的假定导向向量。
3.根据权利要求2的基于可变不确定集约束的鲁棒自适应波束形成方法,其特征在于,所述步骤3)具体为:
根据下式构造理论协方差矩阵Rc:
其中,和分别为由CBF方法估计的目标功率和噪声功率估计,为由LSMI方法得到的第k个目标导向向量的估计,I为单位矩阵;
根据样本...
【专利技术属性】
技术研发人员:王少强,王海斌,尹京升,
申请(专利权)人:中国科学院声学研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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