【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号处理，具体涉及一种基于互相关凸组合寻优的鲁棒自适应波束形成方法及存储介质，用于在信号导向矢量失配情况下仍有较好的波束形成效果。
技术介绍
1、波束形成技术是阵列信号处理的重要研究内容之一，在声纳、雷达、通信、半导体、射电天文及生物医学工程等领域受到广泛地实际应用。
2、早期的波束形成算法主要有常规波束形成法和最小方差无畸变响应波束形成法(又称capon波束形成器)，然而，复杂多变的实际环境会影响接收阵列的阵形结构，从而给信号的自适应波束形成和波达方向估计带来困难。阵元的幅相误差和位置误差会导致导向矢量不准确，加之实际跟踪的运动目标不具备长时间观测条件，造成了观测数据不充分。在这样的场景下，传统的自适应波束形成方法性能严重下降，因此，如何提升自适应波束形成方法的鲁棒性受到学者们的热切关注。
3、目前较为经典的鲁棒自适应波束形成算法主要有鲁棒capon波束形成法(rcb)及对角加载鲁棒自适应波束形成法等。rcb方法对导向矢量不确定集进行约束，极大降低了导向矢量误差对算法性能造成的影响，但需要用户参数。对角加载方法需要根据不同准则来确定最优权矢量，进而获取鲁棒波束形成结果。
4、在cn106093920a中公开了一种基于对角加载的自适应波束形成算法，利用对角加载技术对采样协方差矩阵进行重构，再结合最小均方误差(mse)准则，计算出方向权向量的最优解，将得到的方向权值对采样信号数据进行加权求和，得到波束形成结果。
5、在cn113376584a中公开了一种基于改进对角加载
6、总之，传统的自适应波束形成方法存在在信号导向矢量失配环境下性能受到影响，无法准确地在目标信号方向形成波束的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种以求取互为共轭的权矢量作用对的作用下阵列输出功率最大为准则，利用阵列输出功率最大化选择最优对角加载因子，实现了期望信号的提取和干扰噪声的抑制，改善传统的自适应波束形成方法在信号导向矢量失配环境下性能受到影响，无法准确地在目标信号方向形成波束的问题。
2、本专利技术提供了一种鲁棒自适应波束形成方法，包括：
3、步骤s1：建立输入样本信号处理模型，获取波束形成器的输出表达式y(t)＝whx(t)，其中，w为加权复矢量；x(t)阵列输出矢量；(·)h表示共轭转置；
4、步骤s2：构造闭式区间下的互共轭权矢量作用对，获取互共轭权矢量作用对加权作用下的信号互相关结果，得到波束形成器的复数域离散输出结果和复共轭离散输出结果，再通过复数域离散输出结果和复共轭离散输出结果得到信号功率凸组合矩阵；信号功率凸组合矩阵由若干数据元素组成，每个数据元素对应闭式区间内每个步径下的波束形成器输出的互相关功率。
5、步骤s3：求取信号功率凸组合矩阵中的数据元素对应的互相关功率最大值，并找出与其对应的加载系数作为最优对角加载因子，得到最优权矢量，进而获取鲁棒波束形成结果。
6、进一步地，所述步骤s2包括：
7、步骤s21：在闭式区间α∈[0,1]中，先获取复数域的对角加载协方差矩阵将对角加载协方差矩阵代入对角权矢量计算式，得到复数域的对角权矢量wdl(α)；
8、所述对角权矢量计算式为：
9、
10、其中，为假设的期望信号导向矢量；为估计的信号协方差矩阵；i表示单位矩阵；
11、
12、k为采样点数；x(tk)为第k个采样点阵列输出矢量；(·)h表示共轭转置；
13、获取复共轭对角加载协方差矩阵复共轭对角加载协方差矩阵代替对角加载协方差矩阵代入对角权矢量计算式，计算得到复数域的复共轭对角权矢量
14、步骤s22：分别将复数域的对角权矢量wdl(α)和复共轭对角权矢量代入波束形成输出表达式，得到波束形成器的复数域离散输出结果yα(tk)和复共轭离散输出结果
15、步骤s23：根据复数域离散输出结果和复共轭离散输出结果得到信号功率凸组合矩阵。
16、进一步地，信号功率凸组合矩阵的数据元素为：
17、
18、进一步地，步骤s3中，最优对角加载因子αc4为：
19、
20、进一步地，最优权矢量wc4(α)为：
21、
22、其中，为假设的期望信号导向矢量；为估计的信号协方差矩阵；αc4为最优对角加载因子；i表示单位矩阵。
23、进一步地，所述步骤s3中，信号功率凸组合矩阵中的数据元素对应的波束形成器输出的功率p(w)为：
24、
25、k为采样点数。
26、相比现有技术，本专利技术的有益效果：
27、(1)本专利技术提供的波束形成方法不存在表达冗余，利用互为共轭的对角加载因子对接收信号的影响，获取在闭式区间内不同互共轭权矢量作用对下的信号功率，得到信号功率凸组合矩阵，求取该矩阵的最大值，并找出最大值对应下的对角加载因子，通过对角加载技术是提高算法在复杂环境下性能鲁棒性。
28、(2)该方法无需任何用户参数，在闭式区间内实现对角加载因子寻优极大地节省了运算成本，且在失配环境下具有较好的抗干扰能力，具有重要的应用价值。
29、(3)与现有常规波束形成技术相比，可改善传统的自适应波束形成方法在采样点数少、信号导向矢量失配环境下性能下降的问题。
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1.一种鲁棒自适应波束形成方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，获取互共轭权矢量作用对加权作用下的信号互相关结果的步骤包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，信号功率凸组合矩阵的数据元素J(α)为：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中，最优对角加载因子αc4为：
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，最优权矢量wc4(α)为：
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，信号功率凸组合矩阵中的数据元素对应的互相关功率P(w)为：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8中任一项所述方法的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种鲁棒自适应波束形成方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，获取互共轭权矢量作用对加权作用下的信号互相关结果的步骤包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，信号功率凸组合矩阵的数据元素j(α)为：
6...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷冰洁，杨利韬，谷泽国，
申请(专利权)人：昆明船舶设备研究试验中心中国船舶集团有限公司七五〇试验场，
类型：发明
国别省市：
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