[发明专利]基于规则重叠子阵的自适应波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于规则重叠子阵的自适应波束形成方法，主要解决现有技术在波束形成中旁瓣较高、输出信干噪比低的问题，其实现方案是：1)建立均匀等距线阵阵元级信号模型；2)对该等距线阵进行规则重叠子阵划分，确定子阵级接收信号模型及子阵级接收信号相关矩阵；3)对子阵级接收信号相关矩阵进行变换后进行特征值分解，利用特征分解得到的小特征值估计噪声功率及子阵级噪声相关矩阵；4)根据子阵级噪声相关矩阵，对子阵级接收信号相关矩阵进行白化处理，得到新的相关矩阵；5)利用新的相关矩阵在线性约束最小方差准则下进行自适应波束形成。本发明降低了波束旁瓣，提高了输出信干噪比，可用于处理规则重叠子阵中噪声对波束形成的影响。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种自适应波束形成方法，可用于处理规则重叠子阵中噪声对波束形成的影响，以降低波束旁瓣同时提高输出信干噪比。

背景技术

阵列信号处理最主要的研究内容包括自适应波束形成和超分辨波达方向估计。自适应波束形成又称自适应空域滤波，它的实质是对不同来向的信号进行增强或抑制，以得到期望方向的信号，广泛应用于雷达、声呐、通信等领域。

由于具有广泛的应用前景，阵列信号处理算法在近三十年来得到了迅猛的发展，特别是在相控阵雷达领域，自适应波束形成技术日益受到重视。在理想的条件下，自适应波束形成技术可以有效地抑制干扰信号而保留期望信号，从而使阵列的输出信号干扰噪声比SINR达到最大。

随着阵列技术的发展，在卫星、雷达等领域中，大孔径的阵列天线正在得到越来越广泛的应用。比如，在大型相控阵天线中，一般有几百乃至上千个天线单元，如果要实现全自适应数字波束形成，就需要对每一个阵元的接收信号进行单独处理，也就是每一个阵元组成一个接收通道，这样的系统需要十分庞大的硬件设施，系统设计的复杂度和硬件成本都非常大。

基于上述考虑，对于大型相控阵天线，大多采用子阵级自适应波束形成方法。所谓的子阵，是指将天线阵元按一定的规则划分为若干组，每一组包含若干个阵元，将这样的一个阵元组称为一个子阵。阵列划分子阵后，子阵的个数明显比阵元的个数少，使每一个子阵组成一个接收通道，则系统的硬件复杂度和成本都会大大降低。子阵级自适应处理不会改变天线的口径，形成的波束不会变宽，还有计算量小、收敛速度快、接收系统硬件设备少的优点。

子阵级自适应处理的基础是子阵的划分方法，等距线阵子阵划分方法主要有以下三种：

一是规则重叠子阵，该阵列形式的每一个子阵包含有相同个数的阵元，且子阵间存在阵元共用的情况，即同一个阵元被多个子阵利用；

二是规则不重叠子阵，该阵列形式的每一个子阵包含相同个数的阵元，且子阵间不存在阵元共用的情况；

三是不规则不重叠子阵，该阵列形式的每一个子阵包含的阵元个数不全相同，且子阵间不存在阵元共用的情况。

目前国内外对于不规则不重叠子阵和规则不重叠子阵的自适应波束形成已经有了比较成熟的研究，但对于规则重叠子阵的研究相对较少。规则重叠子阵相对于规则不重叠子阵由于缩小了子阵间相位中心间距，能有效的减少栅瓣，同时由于子阵间的阵元共用，能有效的减少阵元个数，但是阵元的共用也带来了影响，其中显著问题就是子阵间噪声不再是相互独立的，可看作是色噪声背景下的波束形成。

对于色噪声背景下的波束形成，已有方法大多采用通过对噪声相关矩阵的估计进而对接收数据进行预白化，这样虽然能较好的进行波束形成，但会增加波束旁瓣，降低输出信干噪比。

发明内容

本发明的目的在于针对上述规则重叠子阵的不足，提出一种噪声功率估计及自适应波束形成方法，以降低波束旁瓣，提高输出信干噪比。