[发明专利]一种分块并行的自适应数字波束形成方法及其实现装置

摘要

本发明公开了一种分块并行的自适应数字波束形成方法及其实现装置，方法包括以下步骤：(1)将数字阵列接收到的二维基带数据变换为一维数据向量；(2)将一维数据向量及其对应的权重向量和约束矩阵分成相同的M块，用M个处理模块并行处理，得到的M个块处理结果再经过综合处理模块，直接得到自适应数字波束形成后的基带数据输出和用于下一次计算所需的相关参数；(3)按照步骤2循环反复，得到自适应迭代更新结构；装置包括N个单元天线及对应的通道接收机和模数转换器、M个并行处理模块和1个综合处理模块。本发明分块灵活，分块间交互信息少，通过分块处理可以有效降低自适应数字波束形成的运算量，降低数据汇拢的传输和接口压力。

主权项

一种分块并行的自适应数字波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将接收到的二维基带数据变换为一维基带数据向量x(n)；步骤2、确定一维基带数据向量x(n)对应的权重向量w(n)和约束矩阵C；设期望的波束指向为(u₁,v₁)，该波束指向的导向矢量作为约束矩阵，即C＝a(u₁,v₁)；其中，u₁＝sinθ₁，v₁＝cosθ₁sinφ₁，θ₁和φ₁分别为期望信号的来波方向的俯仰角和方位角；步骤3、对一维基带数据向量x(n)、及对应的权重向量w(n)和约束矩阵C分别进行分块处理；步骤4、令n＝0；初始化权重向量w(0)＝a(u₁,v₁)、综合处理模块返回参数S_DQ(0)＝0和μ_y(0)＝0；M个并行处理模块对步骤3中约束矩阵C分块处理后得到的数据块分别进行块级处理，M为正整数；第i个并行处理模块的块级处理为：$S_i=C_i^H{C}_i$其中S_i为分块约束的模；C_i为约束矩阵C的第i个数据块；i＝1,2...M；各个模块将处理后的结果S_i发送到综合处理模块，综合处理模块作如下处理$S={\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i\right)}^{-1}$步骤5、M个并行处理模块对步骤3中一维基带数据向量x(n)、及对应的权重向量w(n)和约束矩阵C分块处理后得到的数据块和综合处理模块返回的S_DQ(n)和μ_y(n)进行块级处理；第i个并行处理模块的块级处理为：$Q_i\left(n\right)=C_i^H{x}_i\left(n\right)$$y_i\left(n\right)=w_i^H\left(n\right)x_i\left(n\right)$$D_i\left(n\right)=C_i^H{w}_i\left(n\right)$w_i(n+1)＝w_i(n)+S_DQ(n)C_i‑μ_y(n)x_i(n)x_i(n)和w_i(n)分别为一维基带数据向量x(n)和权重向量w(n)的第i个数据块，Q_i(n)和D_i(n)为块级处理中间结果，含义为等式右边的计算结果，i＝1,2...M；y_i(n)为块级数字波束形成结果；将Q_i(n)、y_i(n)、D_i(n)和w_i(n+1)发送至综合处理模块；步骤6、综合处理模块将M个并行处理模块的块级处理结果进行如下处理：$Q\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i\left(n\right)$$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\left(n\right)$$D\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i\left(n\right)$μ_y(n+1)＝μy^H(n)S_DQ(n+1)＝S[1‑D(n)+μ_y(n)Q(n)]其中，Q(n)和D(n)为中间结果，含义为等式右边的计算结果；μ为步长因子；将S_DQ(n+1)和μ_y(n+1)分别发送给M个并行处理模块；y(n)为自适应数字波束形成的输出；步骤7、当期望波束指向不变时，令n＝n+1，跳入步骤5；当期望波束指向改变时，更新(u₁,v₁)，跳入步骤4；通过上述步骤，得到连续的波束y(n)输出。