基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法技术

本发明专利技术属于通信技术领域，特别涉及基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法，在一个N

【技术实现步骤摘要】
基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法


[0001]本专利技术属于通信
，特别涉及基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法。

技术介绍

[0002]自适应波束形成器在实际应用中，可能出现干扰快速运动的情况，导致干扰移出零陷，不能被有效地抑制，从而降低波束形成器的输出性能。另外，当系统计算权值的实时性较差时，可能出现权矢量时间上的滞后，导致快速运动的干扰无法被有效抑制，在干扰附近形成具有一定宽度的零陷是解决该问题的一种有效方法。
[0003]现有阵列天线波束形成零陷展宽方法，可以大致分为两类：
[0004](1)协方差矩阵锐化(Covariance Matrix Taper,CMT)类方法。Mailloux提出用一簇离散的虚拟干扰源代替原有单个干扰源来展宽零陷，则自适应波束形成方法会在各个虚拟干扰源处形成密集的零陷，从而实现波束的零陷展宽。但每个虚拟干扰源的功率小于原单个干扰源，因而零陷深度会变浅。Zatman提出用宽带干扰替代原窄带干扰来展宽零陷，其本质与Mailloux所提方法相同。Guerci将上述两种方法统称为CMT方法，即通过一个包含零陷宽度信息的矩阵对采样协方差矩阵进行锐化，达到扩展波束零陷宽度的目的。还从理论上分析了CMT方法对波束形成输出性能的影响，解释了其导致零陷变浅的原因。武思军等通过对干扰导向矢量的左右旋转，提出了一种自适应波束形成零陷展宽方法，仍属于CMT一类方法。倪淑燕等提出了CMT算法的递推实现方法，在一定程度上降低了CMT算法的计算量，并结合对角加载技术，提高了其稳健性。CMT是一种经典的波束形成零陷展宽方法，实现简单且计算量小，也不需要干扰大致方位的先验信息，缺点是零陷深度较浅。
[0005](2)约束和投影变换类方法。Er等提出了一种基于二次约束区域响应抑制的波束形成零陷展宽方法，通过约束干扰附近区域的幅度响应实现零陷展宽。但二次约束的求解过程十分复杂，Amar等在其基础上提出了基于线性约束区域响应抑制(Linear Constraint Sector Suppressed,LCSS)的波束形成零陷展宽方法，将二次约束转化成一组线性约束，实现了波束的零陷展宽，LCSS方法可以有选择地在部分干扰方向附近展宽零陷，且波束的零陷宽度和深度都可控，在阵列天线自由度充足的前提下，能够得到很深很宽的零陷。LCSS方法在构建置零响应的线性约束以获得更深更宽零陷的同时，需要消耗阵列天线更多的自由度。李文兴等提出了基于投影变换和对角加载的波束形成零陷展宽方法，与LCSS方法的波束形成零陷展宽性能相当。Qian等提出了基于协方差矩阵重构和相似性约束的波束形成零陷展宽方法，在干扰附近区域重构IPN协方差矩阵，实现波束形成零陷展宽，获得了很好的输出性能，还通过相似性约束提高了算法的稳健性。上述两类方法都基于实际天线阵，在阵列天线实际阵元数十分有限的情况下，无法达到所需的波束形成零陷展宽效果。

技术实现思路

[0006]为了有效提高均匀面阵波束形成对快速运动干扰的稳健性，本专利技术提出基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法，若一个N
×
N的均匀面阵，阵元间距为半波长，M个信号入射至该均匀面阵，则对接收信号进行零陷展宽包括以下步骤：
[0007]获取接收信号的采样协方差矩阵，并利用一个单位矩阵对采样协方差矩阵进行扩展；
[0008]从接收端的信号中获取导向矢量矩阵，并对矩阵中每个导向矢量进行扩展；
[0009]利用扩展后的导向矢量矩阵和协方差矩阵，通过线性约束对特定区域的幅度相应进行抑制，求出权矢量并利用权矢量对接收数据加权后输出。
[0010]进一步的，利用一个单位矩阵对采样协方差矩阵进行扩展的过程包括：
[0011][0012]其中，为扩展后的采样协方差矩阵；为采样协方差矩阵，表示的共轭矩阵；为单位矩阵，且单位矩阵的大小为N2×
N2；表示克罗内克积。
[0013]进一步的，对导向矢量矩进行扩展的过程包括：
[0014][0015]其中，为扩展后的导向矢量矩阵，θ为入射夹角向量；为导向矢量，表示矩阵的共轭矩阵；表示克罗内克积。
[0016]进一步的，均匀阵列接收端的信号表示为：
[0017]X(t)＝AS(t)+N(t)；
[0018]其中，X(t)为t时刻均匀阵列接收的信号；A为均匀阵列的导向矢量矩阵，表示为A＝[a(θ1),a(θ2),
…
,a(θ
M
)]，a(θ
m
)表示第m个入射信号的导向矢量，θ
m
表示第m个入射信号的入射角度，m＝{1,2,
…
,M}；S(t)为t时刻均匀阵列的信号复包络；N(t)为t时刻均匀阵列的噪声。
[0019]进一步的，入射角为θ
i
的导向矢量表示为：
[0020][0021]其中，表示入射角为θ
i
的导向矢量；d表示阵元间距；λ表示波长；表示俯仰角；j为虚数。
[0022]进一步的，利用扩展后的导向矢量矩阵和协方差矩阵，通过线性约束对实现波束形成零陷展宽的区域的幅度相应进行抑制，求出权矢量的过程包括：
[0023][0024]其中，为权矢量，为线性约束数；为期望信号导向矢量，θ
d
为期望信号方向，为实现波束形成零陷展宽的区域区域对应的线性约束；为0矩阵；T表示转置操作。
[0025]与现有方法相比，所提方法通过克罗内克积运算扩展阵列和协方差矩阵，并通过线性约束对特定区域的幅度响应进行抑制，不仅实现了均匀面阵波束形成零陷展宽，还获得了更好的波束形成零陷展宽效果和输出性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法流程示意图；
[0027]图2为现有技术中LCSS波束形成零陷展宽方法的俯仰角、方位角与增益之间的三维波束图；
[0028]图3为现有技术中LCSS波束形成零陷展宽方法的俯仰角、方位角分别与增益之间的二维波束图；
[0029]图4为本专利技术基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法的俯仰角、方位角与增益之间的三维波束图；
[0030]图5为本专利技术基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法的俯仰角、方位角分别与增益之间的二维波束图；。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]本专利技术提出基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法，若一个N
×
N的均匀面阵，阵元间距为半波长，M个信号入射至该均匀面阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法，其特征在于，若一个N
×
N的均匀面阵，阵元间距为半波长，M个信号入射至该均匀面阵，则对接收信号进行零陷展宽包括以下步骤：获取接收信号的采样协方差矩阵，并利用一个单位矩阵对采样协方差矩阵进行扩展；从接收端的信号中获取导向矢量矩阵，并对矩阵中每个导向矢量进行扩展；利用扩展后的导向矢量矩阵和协方差矩阵，通过线性约束对特定区域的幅度相应进行抑制，求出权矢量并利用权矢量对接收数据加权后输出。2.根据权利要求1所述的基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法，其特征在于，利用一个单位矩阵对采样协方差矩阵进行扩展的过程包括：其中，为扩展后的采样协方差矩阵；为采样协方差矩阵，表示的共轭矩阵；为单位矩阵，且单位矩阵的大小为N2×
N2；表示克罗内克积。3.根据权利要求1所述的基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法，其特征在于，对导向矢量矩进行扩展的过程包括：其中，为扩展后的导向矢量矩阵，θ为入射夹角向量；为导向矢量，表示矩阵的共轭矩阵；表示克罗内克积。4.根据权利要求1或3所述的基于区域响应抑制和矩阵扩展的均匀面阵波束形成零陷展宽方法，其特征在于，均匀阵列接收端的信号表示为：X(t)＝AS(t)+N(t)；其中，X(t)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇，杨彬，陈瑾，陈健航，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：