[发明专利]自适应阵列天线的抗干扰实现方法

说明书

本发明公开的一种自适应阵列天线的抗干扰实现方法，旨在提供一种计算量小，实时性强，抗干扰效果更好的抗干扰方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在天线阵元数为M的均匀圆阵天线中，数据预处理模块将M路数字信号进行N阶时域抽头得到连续的空时二维快拍数据，同时根据上位机提供的期望信号来向得到空时二维导向矢量；最小方差无失真响应MVDR算法简化实现模块利用空时二维导向矢量计算导向矢量剩余矩阵，再结合空时二维快拍数据根据其内置的波束合成模块和权值迭代模块同时进行空时二维波束合成和空时二维权值迭代；阵列输出模块将波束合成后的数字信号经数模DA转换器转换成模拟信号，模拟信号经上变频模块上变频输出送给后端处理机。

技术领域

本发明涉及一种适用于自适应阵列天线抗干扰系统信号处理可实现方法，尤其涉及自适应阵列天线抗干扰技术。

背景技术

自适应阵列天线是一种具有抗干扰功能的有源天线,可以应用于声纳、雷达导航及通信等应用领域。自适应阵列天线结构同传统的无源天线有了很大区别，它包括了无源阵面、射频前端、信号处理三个不同领域、不同功能的模块。它将天线阵列排布与自适应信号处理相结合，通过阵列信号处理自动控制天线调整参数，对各阵元的输入信号进行复数加权，完成对接收信号的幅度和相位调整，实现空间滤波，使天线方向图主波束对准有用信号方向，零点指向干扰方向，在增强期望信号的同时抑制与期望信号具有不同空间来向的干扰信号，产生相应的阵列增益。

在目前的抗干扰技术中，自适应阵列天线占有十分重要的地位，它能够动态的跟踪用户信号,并根据外部信号环境自动调节各阵元的加权系数，使波束方向图主瓣对准期望信号来向并使零陷或较低的旁瓣对准干扰信号来向，从而达到使干扰信号置零的效果，有效的抑制干扰信号。波束形成算法是阵列天线研究的主要问题之一，有限次采样所带来的阵列协方差矩阵估计误差，以及相干干扰信号的存在等都将会导致自适应波束形成器的性能下降，现有算法的高计算复杂度也很大程度上限制了其应用。通常，自适应阵列天线权矢量由自适应算法计算得到，是自适应阵列处理的核心所在。求解权矢量实际上是某一准则下的多参数最优化问题，主要的准则有最大信干噪比(MSINR)准则、最小均方误差(MMSE)准则及线性约束最小方差(LCMV)准则。实际上，在理想情况下这三种准则是等价的，LCMV准则更为简单有效，成为工程实践中最常用的最优化准则。其中功率倒置(PI)算法和最小方差无失真响应算法(MVDR)应用最为广泛。

PI算法是在卫星信号强度远远低于噪声信号强度的前提下，翻转卫星信号和噪声信号的功率比。它以参考信号与阵列输出之差的均方最小为目标函数，根据系统误差调节阵列的权矢量，使目标函数达到最小，从而起到自适应调节的作用。该算法直接将某天线单元接收到的信号作为参考信号，不需要提前获取信号的入射方向和特性等信息，实现相对简单。PI算法的可通过最小均方误差算法(LMS)实现，该方法由Widrow和Hoff共同提出的，属于随机梯度算法中的一种，该方法的显著特点是运算简单，易于实现。在高速实时信号处理中更多的使用延迟LMS(DLMS)算法，它使用过去的误差来更新系数，这使得滤波器和系数更新模块可以同时工作，极大地提高了系统的并行度。PI算法基于输出能量最小准则，可以自适应调整方向图使得零陷指向干扰的波达方向，其优点是无需卫星方位信息，缺点是在抑制干扰的同时有可能造成接收期望信号的衰减。

MVDR算法可以使得期望信号方向上的阵列输出功率最小，同时信干噪比最大，是Capon提出的一种自适应空间谱估计算法。该方法保证期望信号方向增益约束为1的条件下，调整所有阵元的权值大小，使得阵列天线的输出功率最小，它需要知道期望信号的来向，不关心期望信号的功率强弱。在已知期望信号来向的条件下，MVDR算法的抗干扰综合性能优于PI算法，但具体实现也更为复杂。MVDR算法增加了期望信号的导向矢量约束，使得迭代计算更为复杂，常规实现方法可以如下所示：

步骤1：初始化加权系数w(0)，迭代步长μ，计算导向矢量a；

步骤2：n为迭代次数，取n＝0,1,2,3…

1)自相关矩阵计算：R(n)＝x(n)x^H(n)，x为阵列输入，H表示共轭转置；