[发明专利]互耦条件下未知互耦信息的干扰相干稳健波束形成方法

说明书

本发明公开了一种互耦条件下未知互耦信息的干扰相干稳健波束形成方法。属于自适应阵列信号处理领域的波束形成技术。本发明基于阵列互耦结构的特殊性，在未知阵列互耦具体信息的情况下，分别重构出干扰加噪声协方差矩阵和期望信号协方差矩阵，最后利用最大化信噪比准则求得最终权向量。本发明不用提前知道互耦信息，且既不需要对期望信号导向矢量进行估计，也不需要进行任何空间平滑去相干处理。在期望信号功率较强和较弱时都保持非常好的性能，且可以快速的收敛。

技术领域

本发明涉及自适应阵列信号处理领域的波束形成技术，具体是涉及在未知互耦信息且干扰相干情况下均匀线阵存在互耦时的稳健波束形成方法。

背景技术

现有的绝大部分稳健波束形成方法基本都是假设在干扰和期望信号互不相干或互不相关的理想情况下进行波束形成。在实际复杂的通信环境中，由于多径反射、电磁干扰等因素的存在，往往造成信号源之间相干或相关。此时阵列接收的源信号协方差矩阵将缺秩，从而导致某些相干源的方向矢量不再正交于噪声子空间，不能在干扰方向形成零陷。而现有的专门针对相干干扰或相关干扰的波束形成算法又都忽略了互耦的影响。

实际应用中，当阵元间距离较近时，阵元间就会存在不可忽略的互耦效应。阵元互耦存在时，导向矢量出现失配，从而导致期望信号有可能被当成干扰而抑制。这一现象加剧了波束形成算法的恶化。

考虑一个N维远场窄带信号，阵元数为M。假设期望信号入射角度为θ₀,K个来自不同方向的干扰信号，其入射角度分别为θ_k,k＝1,2,…,K。理想情况下n时刻的接收信号x(n)为：x(n)＝A(θ)s(n)+e(n),n＝1,2,…,N，其中A(θ)＝[a(θ₀),a(θ₁),…,a(θ_K)]为大小为M×(K+1)的阵列导向矢量矩阵，s(n)＝[s₀(n),s₁(n),…,s_K(n)]^T为n时刻信号的复包络，e(n)为零均值、方差为的噪声向量；期望信号的导向矢量为a(θ₀)；期望信号的复包络为s₀(n)。当噪声与源信号不相干，且各信号相互独立时，为了求得信号功率，一种解决思路是最小化如下的代价函数J(见文献：Review of user parameter-free robust adaptivebeamforming algorithms；Lin Du,Tarik Yardibi,Jian Li；Digital SignalProcessing,2009,19(4),Page(s):567-582)：

下标k代表第k个信号，

为干扰噪声协方差矩阵：

R_x为接收信号的协方差矩阵：其中P为大小为(K+1)×(K+1)的对角阵，其对角元素为每一个入射信号的功率，E{·}表示求取期望值操作。

将代价函数J关于s_k(n)最小化，可以得到：其中权向量

进而得到信号功率的估计量为：

在实际应用中，由于真实的协方差矩阵R_x很难得到，因此常用样本协方差矩阵代替，其中

当存在相关或相干源时，直接求取出的权向量并不能抑制相关或相干干扰。一种能有效解决信号与干扰相干或相关问题的稳健波束形成算法是基于以下迭代思想的IAA(Iterative daptive approach)算法：