基于干擾噪聲矩陣重構(gòu)的自適應(yīng)波束形成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于干擾噪聲矩陣重構(gòu)的自適應(yīng)波束形成方法，屬于陣列信號(hào)處理領(lǐng)域。本發(fā)明首先建立最小方差無畸變響應(yīng)波束形成問題的信號(hào)模型，然后在期望信號(hào)波達(dá)方向的角度范圍已知的條件下，利用多重信號(hào)分類空間譜在不含期望信號(hào)的區(qū)域重構(gòu)出干擾噪聲協(xié)方差矩陣，并在該矩陣的基礎(chǔ)上，通過使用陣列輸出功率最大化和避免期望信號(hào)的導(dǎo)向矢量的估計(jì)值收斂到任一干擾的導(dǎo)向矢量或它們的線性組合的約束條件來求解真實(shí)期望信號(hào)導(dǎo)向矢量的估計(jì)值。仿真結(jié)果表明當(dāng)期望信號(hào)和干擾源存在隨機(jī)指向誤差和局部散射的情況下，本發(fā)明方法在很大的輸入信噪比范圍內(nèi)的輸出信干噪比仍接近理論值，優(yōu)于其它自適應(yīng)波束形成方法。
【專利說明】基于干擾噪聲矩陣重構(gòu)的自適應(yīng)波束形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陣列信號(hào)處理領(lǐng)域的波束形成方法，具體涉及一種基于干擾噪聲矩陣重構(gòu)的自適應(yīng)波束形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]波束形成是陣列信號(hào)處理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用于無線通信、雷達(dá)、聲納、麥克風(fēng)語音陣列處理、射電天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。在許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，由于訓(xùn)練數(shù)據(jù)常常包含有期望信號(hào)成分、較少的樣本數(shù)和不精確的期望信號(hào)導(dǎo)向矢量，導(dǎo)致了波束形成性能急劇下降。因此，提高波束形成器的穩(wěn)健性一直以來都是該領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。
[0003]總的來說，現(xiàn)有的穩(wěn)健波束形成方法可以基于最小方差無畸變響應(yīng)(MinimumVariance Distortionless Response, MVDR)波束形成器分為兩類。第一類主要使用各種技術(shù)來處理采樣協(xié)方差矩陣，這是因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中得不到精確的干擾加噪聲協(xié)方差矩陣。這類方法中最有代表性的就是對(duì)角加載技術(shù)。然而即使能夠自動(dòng)計(jì)算并選擇不同情況下的最優(yōu)的加載因子，得到的也只是理論上的信號(hào)協(xié)方差矩陣的估計(jì)值，而不是干擾加噪聲協(xié)方差矩陣。第二類只處理期望信號(hào)的導(dǎo)向矢量，這是因?yàn)榫_的導(dǎo)向矢量很難得到。在這一類方法中，最有代表性的是最差情況性能優(yōu)化方法。它使用了信號(hào)導(dǎo)向矢量的不確定集，通過將期望信號(hào)導(dǎo)向矢量約束于各類不確定集合中，避免了因?qū)蚴噶科ヅ湔`差而產(chǎn)生的期望信號(hào)相消等問題。但在實(shí)際應(yīng)用中，失配向量的模的邊界通常是未知的。
[0004]以上這些波束形成方法基本上都是采樣矩陣求逆(Sample Matrix Inversion,SMI)波束形成器或稱為最小功率無畸變響應(yīng)(Minimum Power Distortionless Response，MPDR)波束形成器的推廣。當(dāng)陣列流型精確已知時(shí)，使用它們和使用最小方差無畸變響應(yīng)(MVDR)波束形成器沒有什么區(qū)別。但是當(dāng)陣列流型不完全已知時(shí)，上述方法在自適應(yīng)波束形成中，當(dāng)采樣次數(shù)較少或`期望信號(hào)導(dǎo)向矢量存在誤差以及訓(xùn)練數(shù)據(jù)中含有期望信號(hào)成分時(shí)，則存在波束輸出信干噪比下降的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決在自適應(yīng)波束形成中，當(dāng)采樣次數(shù)較少或期望信號(hào)導(dǎo)向矢量存在誤差以及訓(xùn)練數(shù)據(jù)中含有期望信號(hào)成分時(shí)導(dǎo)致波束輸出信干噪比下降的問題，本發(fā)明提出了一種重構(gòu)干擾噪聲協(xié)方差矩陣并且估計(jì)期望信號(hào)導(dǎo)向矢量的穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:基于干擾噪聲矩陣重構(gòu)的自適應(yīng)波束形成方法，包括如下步驟:
步驟一、建立最小方差無畸變響應(yīng)波束形成問題的信號(hào)模型
M元均勻線陣在左時(shí)刻接收的窄帶信號(hào)可表示為:= + + (I)，其中，#維矢量氣(fr), 和《I?分別表示統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的期望信號(hào)、干擾信號(hào)和高斯白噪聲分量，期望信中的〃W為信號(hào)波形，a為期望信號(hào)導(dǎo)向矢量；在導(dǎo)向矢量a精確已知時(shí)，基于最大輸出信干噪比準(zhǔn)則計(jì)算得到最小方差無畸變響應(yīng)波束形成問題
【權(quán)利要求】
1.基于干擾噪聲矩陣重構(gòu)的自適應(yīng)波束形成方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一、建立最小方差無畸變響應(yīng)波束形成問題的信號(hào)模型:5/元均勻線陣在々時(shí)刻接收的窄帶信號(hào)可表示為:C
【文檔編號(hào)】G06F17/16GK103778102SQ201410016849
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】侯云山, 翟紅村, 李佩佩, 吳景艷, 祁志娟, 湯艷紅, 翟蒲杰 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)