本发明专利技术公开了基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器，属于雷达信号处理，自适应波束形成技术领域。首先通过应用标准Capon波束形成器获得信号角度与幅值信息，包括干扰的波达角度和相应角度方向的响应幅值。因此，如果我们将这些角度的响应水平限制为Capon波束形成器波束图中的幅值，则可以抑制干扰。此外，目标信号角度范围内的响应幅值被限制为统一的，以保持目标信号不受抑制。因此，在这些响应约束下，通过最大化输出信干噪比，可以实现抗波达角方向失配的稳健波束形成。在实际MIMO雷达应用中，样本大小的有限，使得样本协方差矩阵的精度受到限制，导致波束形成器性能下降。由于本发明专利技术所得到的问题可以重新构造为不含数据相关项(如样本协方差矩阵)，因此所提出的波束形成器具有稳健性，可以抵抗训练样本中存在干扰信号的情况导致的性能下降问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器
[0001]本专利技术涉及信号处理，自适应波束形成技术
，更具体地说，涉及基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器。
技术介绍
[0002]自适应波束形成技术作为定向信号传输和接收的基本技术已经成功的广泛应用于雷达、声呐以及无线通信等工程领域。最优波束形成是通过最大化输出信干噪比来设计的。众所周知，在目标信号相对应的导向矢量精确已知的条件下，与固定权值的波束形成相比较，Capon波束形成可以更好的抑制干扰。但是如果实际目标信号的导向矢量与通过波达角方向估计技术估计出来的导向矢量出现偏差时，Capon波束形成器性能会显著下降。
[0003]本专利技术提出了一种新的自适应波束形成技术，这种方法在应对波达角方向估计与目标信号方向失配以及在训练集中考虑目标信号的情况下都非常稳健。为了保证所提出的稳健波束形成技术可以有效的抑制干扰，我们需要首先利用标准的Capon波束形成器确定干扰波达方向的响应幅度。然后通过约束干扰信号波达角方向和目标信号最大可能角度范围方向的响应幅度，最大化输出信干噪比来推导权向量的表达式。最后应用半正定松弛技术来近似的解决所推导出的非凸优化问题。
[0004]鉴于此，本专利技术提出基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器。
技术实现思路
[0005]1.要解决的技术问题
[0006]本专利技术的目的在于提供基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]2.技术方案
[0008]基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器，包括以下步骤：
[0009]S1：MIMO雷达阵列单元对收集的空间波束信号进行处理，处理后的空间波束信号可形成信号协方差矩阵；
[0010]S2：得到的信号协方差矩阵通过标准Capon波束形成器，得出标准Capon波束图；
[0011]S3：标准Capon波束图用于检测零陷，找出旁瓣零陷，从而可以找出一组包含干扰的波达角度和相应角度方向的响应幅值的估计值；
[0012]S4：将估计值带入稳健波束形成器中，抑制干扰信号并保持目标信号不受抑制。寻找最佳波束形成器权重向量，对其进行标识；
[0013]优选地，所述步骤S1中，接收1个目标信号和J个干扰信号。K时刻，阵列接收信号矢量X(k)可以表示为
[0014][0015]其中s0(k)和分别表示目标信号和干扰信号的波形，θ0是目标信号的波达角方向，是干扰的波达角方向，n(k)是加性高斯噪声，例如其中为噪声方差，I为单位矩阵。在本工作中，假定目标信号、干扰和噪声是统计独立的。
[0016]优选地，所述步骤S1中，列的协方差矩阵可以表示为
[0017]R＝E{(x(k)x(k)}
H
}＝R
s
+R
i+n
ꢀꢀꢀ
(4)
[0018]其中E{
·
}表示统计期望算子，(.)
H
表示厄米转置，R
s
和R
i+n
分别是信号协方差矩阵和干扰加噪声的协方差矩阵，可以表示为
[0019][0020][0021]其中，是感兴趣信号的功率，是第i个干扰的功率。雷达阵列接收信号样本协方差矩阵表示为：
[0022][0023]其中，K是样本大小。信号接收器权向量表示为
[0024]w＝[w1，w2，
…
，w
M
]T
ꢀꢀꢀ
(5)
[0025]其中(
·
)
T
表示转置运算符，给定波束形成器权向量w，阵列输出为y(k)＝w
H
x(k)。
[0026]优选地，所述步骤S2中，权向量表示为
[0027]w＝[w1，w2，
…
，w
M
]T
ꢀꢀꢀ
(4)
[0028]其中(
·
)
T
表示转置运算符，给定波束形成器权向量w，阵列输出为y(k)＝w
H
x(k)。
[0029]优选地，所述步骤S2中，信号协方差矩阵通过标准Capon波束形成器，得出标准Capon波束图。
[0030]优选地，所述步骤S3中，通过Capon波束形成器用于检测零陷的角度位置(包括干扰的波达角方向)，和记录缺口处的响应水平。
[0031]优选地，所述步骤S2中，加载信号样本协方差矩阵，最大化输出信噪比可以得到标准Capon波束形成器权矢量w
SCB
，如
[0032][0033]优选地，所述步骤S4中，抑制干扰信号时，深口零陷将形成在波束图旁瓣的干扰角度处以及波达角失配情况下的主瓣的目标信号角度方向；根据这个情况，令Θ为目标信号区域外的零陷角度，即
[0034]Θ＝{θ
′1，θ
′2，
…
，θ
′
L
}
ꢀꢀꢀ
(7)
[0035]并令相应的响应幅度为ρ
l
[0036][0037]3.有益效果
[0038]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0039]在该方法中，首先通过应用Capon波束形成器获得一组角度，包括干扰波达角方向和相应的响应水平。因此，如果将这些角度的响应水平限制为Capon波束形成器波束图中的幅值，则可以抑制干扰。此外，目标信号角度范围内的响应幅值被限制为统一的以保持目标信号不受抑制。因此，在这些响应约束下，通过最大化输出信干噪比，可以实现抗波达角方向失配的稳健波束形成。由于所得到的问题可以重新构造为不含数据相关项(如样本协方差矩阵)，因此所提出的波束形成器具有稳健性，可以抵抗训练样本中存在干扰信号的情况导致的性能下降问题。
附图说明
[0040]图1为本专利技术基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器系统框架图；
[0041]图2为本专利技术波束对比图，K＝500，SNR＝10dB，INR＝30dB；
[0042]图3为本专利技术输出信干噪比与输入SNR的关系图，K＝100，INR＝30dB；
[0043]图4为本专利技术输出信干噪比与目标信号波达角失配角度的关系图，SNR＝10dB，INR＝30dB。
具体实施方式
[0044]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0045]在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器，其特征在于：包括以下步骤：S1：MIMO雷达阵列单元对收集的空间波束信号进行处理，处理后的空间波束信号可形成信号协方差矩阵；S2：得到的信号协方差矩阵通过标准Capon波束形成器，得出标准Capon波束图；S3：标准Capon波束图用于检测零陷，找出旁瓣零陷，从而可以找出一组包含干扰的波达角度和相应角度方向的响应幅值的估计值；S4：将估计值带入稳健波束形成器中，抑制干扰信号并保持目标信号不受抑制，寻找最佳波束形成器权重向量，对其进行标识。2.根据权利要求1所述的基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器，其特征在于：所述步骤S1中，接收1个目标信号和J个干扰信号。K时刻，阵列接收信号矢量X(k)可以表示为其中s0(k)和分别表示目标信号和干扰信号的波形，θ0是目标信号的波达角方向，是干扰的波达角方向，n(k)是加性高斯噪声，例如其中为噪声方差，I为单位矩阵。在本工作中，假定目标信号、干扰和噪声是统计独立的。3.根据权利要求1所述的基于MIMO雷达的抗波达角方向失配的稳健波束形成器，其特征在于：所述步骤S1中，信号的协方差矩阵可以表示为R＝E{(x(k)x(k))
H
}＝R
s
+R
i+n
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中E{
·
}表示统计期望算子，(
·
)
H
表示厄米转置，R
s
和R
i+n
分别是信号协方差矩阵和干扰加噪声的协方差矩阵，可以表示为为其中，是感兴趣信号的功率，是第i个干扰的功率。雷达阵列接收信号样本协方差矩...
【专利技术属性】
技术研发人员：万环，
申请(专利权)人：万环，
类型：发明
国别省市：
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