一种抗快速运动干扰稳健零陷展宽波束形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于自适应阵列天线的控制领域，尤其设及一种抗快速运动干扰稳健零陷 展宽波束形成方法。
【背景技术】
[0002] 自适应波束形成技术能够在空间干扰方向自适应地形成零陷，有效抑制空间干扰 和噪声，提高输出信干噪比（SINR)，被广泛应用于雷达，声纳，移动通信，射电天文等领域。 常用的波束形成器如最小方差无失真响应（MVDR，又名Capon)波束形成器，是建立在阵列 对期望信号导向矢量准确已知的情况下，在实际的应用中，当存在信号波前扰动失真，局部 相干散射，阵列流形误差等造成阵列对期望信号导向矢量估计失配时，自适应波束形成器 会将实际期望信号误认为干扰，在期望信号实际方向形成零陷，导致出现信号"自消"的现 象，阵列输出性能急剧下降。同时由于其在干扰方向形成的零陷非常睹峭，当干扰快速运动 或者载体平台的振动，W及自适应权值更新速度相对较慢等，出现加权向量训练数据与应 用数据失配，干扰有可能移出零陷位置，导致干扰得不到有效地抑制，运也会造成自适应波 束形成器的性能明显下降。
[0003] 针对期望信号导向矢量失配导致阵列输出性能急剧下降的问题，近年来出现了 一些稳健的波束成形算法。对角加载化SMI)是一种常用的方法，在一定程度上提高了波 束成形器的稳健性，但没有一种可靠的方法选择对角加载量。LiJian等人提出了一种 的稳健的波束成形算法（RCB)(参考文献：0nrobustcaponbeamforminganddiagonal loading[J].IEEETransactionsonSignalProcessing, 2003, 57 (7) : 1702 - 1715)，该方 法通过建立导向矢量的不确定集，在不确定集中迭代寻找最优导向矢量，运种方法在本质 上仍属于对角加载一类的方法，其对角加载量可W随不确定集约束参数进行调整，因而其 稳健性较LSMI方法得到很大的提高，但运种方法的性能主要受到不确定集参数的影响， 而不确定集约束参数在实际中又很难准确得到。文献化h油bazibasmenjA.,Vorobyov S.A. ,andHassanienA.Robustadaptivebeamformingbasedonsteeringvector estimationwithaslittleaspossiblepriorinformation.IEEETransactionson Si即alProcessing, 2012, 60化）：2974-2987,SDP-RAB)提出基于最小先验信息下导向矢量 估计的稳健波束形成算法，该算法只需知道期望信号来波的大致区域，该算法在低快拍数 下对波前扰动失真，局部相干散射，阵列流形误差等具有较强的稳健性，但由于其约束条件 过于松弛，当快拍数较高时，输入信噪比（SNR)较高时，性能反而有所下降，且无法抑制快 速运动的干扰。
[0004] 针对干扰快速运动而移出零陷位置的问题，零陷展宽技术能够在干扰方位 处形成较宽的零陷，从而有效抑制快速运动的干扰信号。Mailloux提出了利用一 个矩阵对协方差矩阵进行锐化来展宽零陷的方法（参考文献：Covariancematrix augmentationtoproduceadaptivearraypatternroughs[J].Electronics Letters, 1995, 31 (10) : 771-772)，该方法使得零陷深度变浅，阵列增益下降。且该方法缺乏 对期望信号导向矢量失配的稳健性。
[0005] 天线阵列在实际应用环境下，既有可能出现快速运动的干扰，又有可能出现阵列 对期望信号导向矢量失配的问题，现有的阵列天线形成方法在运两种情况同时出现时，性 能急剧下降。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种能够提高自适应天线波束形成抗快速运动干扰性能的， 抗快速运动干扰稳健零陷展宽波束形成方法。
[0007] -种抗快速运动干扰稳健零陷展宽波束形成方法，包括W下步骤，
[0008] 步骤一：构建阵列天线接收数据的采样协方差矩阵：
[0009]
[0010] 步骤二：构建干扰区域0内的Capon空间谱户(巧：
[0011]
[0012] 步骤对Capon空间谱#揖)进行谱峰捜索，估计出干扰的来波方向0p，p= 1，2,…，P ;
[0013] 步骤四：根据干扰的来波方向，构建干扰区域的导向矢量相关矩阵：
[0014]
[0015] 步骤五：对相关矩阵Re进行特征分解：
[0016]
[0017] 在N个特征值中，提取出其中M个大的特征值，用大特征值对应的特性矢量为基矢 量得到投影变换矩阵
[0018] 步骤六：利用投影变换矩阵T对阵列接收数据X(k)进行投影预处理，则经过投影 变换后的阵列接收数据为：灵的=TX(.。)；
[0019] 投影变换后的阵列天线接收信号协方差数据矩阵为：
[0020] 步骤屯：对经投影变换处理后的协方差矩阵食进行对角加载处理：
[0021] 步骤八：求得自适应加权向量
利用W进行波束形成，得到天线阵列 输出数据。
[002引有益效果：
[0023] 针对实际阵列天线应用中，由于干扰快速运动导致输出信干噪比（SINR)下降的 问题，本发明方法利用干扰子空间投影变换技术，展宽零陷展度，加深零陷深度，能够有效 抑制快速运动干扰，提高波束形成器的对快速运动干扰的抑制性能。
[0024] 针对目前大多数稳健波束形成算法无法同时抗期望导向矢量失配和快速运动干 扰的问题。本发明通过对角加载技术和投影变换技术相结合，在同时存在快速运动干扰和 期望信号导向矢量失配时，既能展宽零陷宽度，又具有抗导向矢量失配能力，提高了自适应 波束形成器的稳健性。
【附图说明】
[00巧]图1是本发明的实现步骤示意图；
[0026] 图2为自适应波束形成图；
[0027] 图3为导向矢量失配时阵列输出信干噪比图；
[0028] 图4为同时存在快速运动与导向矢量失配时阵列输出信干噪比图。
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0030] 本发明的目的在于提供一种能够提高自适应天线波束形成抗快速运动干扰性能 的稳健波束形成方法。
[0031] 本发明的目的是运样实现的：
[0032] 本发明包括如下步骤：
[0033] (1)构建阵列天线接收数据的采样协方差矩阵
[0034] 似构建干扰区域0内的Capon空间谱戶(0):
[00对做对與轉进行谱峰捜索，估计出干扰的大致来波方向0p，p= 1，2,…，P。
[0036] (4)根据干扰的大致来波方向，定义干扰区域的导向矢量相关矩阵：
[0037]
[003引 （5)对矩阵Re进行特征分解：
，在N个特征值 中，提取出其中M个比较大的特征值，则有：
[0039]
[0040] 用大特征值对应的特性矢量为基矢量得到投影变换矩阵（投影算子）
[0041] (6)利用T对阵列接收数据X(k)进行投影预处理，则经投影变换后的阵列接收数 据支巧>可^表示为：灵= 投影变换后的阵列天线接收的信号协方差数据矩阵可 W写为：
[0042] (7)对经投影变换处理后的协方差矩阵I进行对角加载处理为：
[0043] (8)本发明波束形成方法的自适应加权向量可W表示为W
进行波 束形成，得到天线阵列输出数据。
[0044] 其中：食;表示阵列接收数据的采样协方差矩阵；
[004引 按-1;表示浪逆矩阵；
[004引 0 :表示期望信号区域外的空间所有区域；
[0047] 5 :表示零陷展宽的区域；
[0048] P:表示干扰个数；
[0049] K:表示采样快拍数；
[0050] y1:表示对Re进行特征分解所得到的第i个特征值；
[0051] 瑪；表示y1所对应的特征向量；
[0052] a(0p):表示0p方向的导向矢量；
[005引 ^ :表不对角加载值；
[0054]I:表示单位矩阵。
[00巧]对角加载值A的取值范围是0. 0001《A《0. 0100。
[0056] 本发明方法不但适用于单波束天线波束形成，也适用于多波束天线波束形成。
[0057] 本发明设及的是一种自适应阵列天线的控制方法，具体地说是针对常规自适应天 线阵列波束形成方法在出现快速运动干扰时，或者期望信号导向矢量失配时，输出性能急 剧下降的问题，发明一种抗快速运动干扰稳健零陷展宽波束形成方法。
[0058] 本发明包括如下步骤：首先利用阵列天线接收数据的协方差矩阵，构建干扰区域 的Capon空间谱，进而估计出干扰的大致来波方向，根据干扰的大致来波方向，构建干扰导 向矢量的相关矩阵，对该干扰导向矢量相关矩阵进行零陷展宽处理，并构造出具有零陷展 宽性能的投影矩阵。再利用投影变换技术对阵列接收数据进行投影预处理，结合对角加载 技术，构造一个新的协方差矩阵，得到零陷展宽后的波束。仿真结果表明：该方法能有效展 宽波束零陷宽度，加深零陷深度，达到抑制快速运动强干扰的目的，同时该方法具有极强