[发明专利]一种基于有效重构协方差矩阵的波束形成方法

权利要求书

1.一种基于有效重构协方差矩阵的波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用M个阵元组成的均匀线阵，空间内有J+1个远场窄带信号入射到阵列，建立阵列接收信号模型；

步骤2：通过特征分解方法得到协方差矩阵特征值分布情况，得到阵列接收信号中大特征值个数；

步骤3：利用MUSIC算法估计大特征值所对应的信号，通过设定功率谱阈值：临界门ξ来估计出大功率信号所对应的角度；

步骤4：已知期望信号的角度区域Θ，并且有Θ＝[θ_min,θ_max]，并假定期望信号来波方向为θ_d，θ_d∈Θ；设定估计出的角度方向为θ_i(i＝1,2,…,P)，其中P为估计出的信号源个数，通过判断θ_i(i＝1,2,…,P)中是否存在位于期望信号角度区域Θ范围内来确定重构协方差矩阵的临界值：判断因子β；

步骤5：分别求出不同判断因子情况下所对应的协方差矩阵，具体包括：步骤5.1：在低信噪比情况下，采用噪声平均的方法对协方差矩阵进行修正，以消除有限快拍数对采样协方差矩阵产生的影响；

步骤5.2：在高信噪比情况下，采用干扰噪声协方差矩阵重构的方法，以提高算法的性能；

步骤6：最终求取不同情况下对应的阵列权值矢量。

2.如权利要求1所述的基于有效重构协方差矩阵的波束形成方法，其特征在于，步骤1中，所述均匀线阵接收信号模型的建立步骤包括：

步骤1.1：将阵列接收信号模型写成：

式中，J代表干扰个数，s₀(t)代表期望信号，θ₀代表期望信号来向，s_j(t)(j＝1,…,J)代表第j个干扰信号，θ_j(j＝1,…,J)代表干扰信号来向，a(θ₀)是期望信号所对应的导向矢量，a(θ_j)(j＝1,…,J)是干扰信号所对应的导向矢量，n(t)是高斯白噪声，并定义

步骤1.2：假定期望信号和干扰信号间互不相关，则阵列接收数据真实协方差矩阵写成：

R_X＝E[X(t)X^H(t)]＝R_s+R_j+n

式中，R_s、R_j+n分别是期望信号、干扰和噪声信号所对应协方差矩阵，(·)^H代表矩阵转置符号；

步骤1.3：采用采样协方差矩阵来代替阵列接收数据真实协方差矩阵：

R＝X(t)X^H(t)/K

式中，K为采样快拍数。

3.如权利要求1所述的基于有效重构协方差矩阵的波束形成方法，其特征在于，步骤2中，求取大特征值的方法可以描述为：

式中，λ_i(i＝1,2,…,M)为协方差矩阵特征值，并且满足λ₁≥λ₂≥…≥λ_M，Λ＝diag{λ₁,…,λ_M},e_i(i＝1,2,…,M)为特征值对应的特征向量，U＝[e₁,e₂,…,e_M]。

4.如权利要求1所述的基于有效重构协方差矩阵的波束形成方法，其特征在于，步骤3中，MUSIC算法是基于最小化输出功率实现的，表示为：

式中，θ代表空间域角度，U_N(θ)为噪声信号对应的子空间，a(θ)为空间角度区域对应的导向矢量，P_MUSIC即为权值矢量所对应的输出功率。