[发明专利]零点约束的稳健自适应波束形成方法

说明书

本发明提出的一种零点约束的稳健自适应波束形成方法，可解决现有对角加载类的稳健自适应波束形成算法在干扰信号方向无法生成有效零陷的问题。本发明通过下述技术方案予以实现：对数字相控阵天线接收信号的协方差矩阵进行特征分解；以估计的目标信号导向矢量与接收信号的协方差矩阵中特征矢量相关系数最大为准则，搜索与目标信号估计导向矢量最接近的协方差矩阵中的特征矢量作为目标信号导向矢量；根据搜索得到的目标信号特征矢量生成对消矩阵，由对消矩阵获得投影对消后的阵列协方差矩阵；基于最小均方误差准则，由投影对消后的协方差矩阵生成阵列权矢量，由干扰方向的导向矢量构成干扰零空间，将阵列权矢量向干扰零空间投影获得阵列最优权矢量。

技术领域

本发明是阵列信号处理领域中关于基于投影对消预处理和零点约束的稳健自适应波束形成方法，更具体地说，是在波达方向(DOA)估计不准确时，能够在干扰方向准确地形成较深零陷的自适应波束形成最优权的计算方法。

背景技术

雷达自问世以来，电磁干扰是制约雷达性能的重要因素，尤其以人为干扰对雷达的影响最大，因此催生了许多抗干扰技术。这些技术可以分为时域抗干扰技术、频域抗干扰技术、空域抗干扰技术等，其中应用最广泛的是空域抗干扰技术。空域抗干扰技术主要依靠干扰信号与目标信号空域入射角度的不同，在干扰信号方向自适应地生成零陷，零陷对准干扰方向并抑制干扰信号，从而使阵列输出信号的信干噪比达到最大，可以有效提高系统的性能，因此得到广泛的应用。

阵列信号处理主要包括阵列天线波束形成、信号波达方向估计、阵列方向图控制、信号源的数目估计等方面。阵列信号处理最主要的研究内容之一就是波束形成技术，以此可分为普通波束形成技术和自适应波束形成技术。利用波束形成技术，可以增强有用信号同时抑制干扰。普通波束形成技术的权系数是固定的，通常是用匹配滤波的方法求得，但抗干扰性差。而自适应波束形成等效为一维纳滤波过程，能够随变化的信号环境自动调节权系数，使得波束主瓣对准期望信号方向，同时自适应地抑制干扰，以增强有用信号。传统的自适应波束形成算法包括自适应旁瓣相消技术，最小方差无失真响应波束形成器等，这些自适应处理算法面临的挑战在于它们面对各种误差会变得不稳健，这些误差包括波达方向估计误差、阵列误差以及权重误差等。在误差条件下，传统的自适应波束形成算法性能会大幅下降。其中，信号波达方向估计误差引起的波束形成不稳健性被人们充分关注。

近年来有学者提出了稳健的自适应波束形成算法，来改善误差对波束形成性能的影响。现有的稳健自适应波束形成算法主要包括对角加载算法、不确定集约束算法、最差性能最优化算法以及稳健线性约束最小方差算法等。其中，对角加载算法虽然可以有效提高稳健性，但其性能依赖对角加载因子的选择，当对角加载因子选取不当时，可能导致干扰方向零陷深度不够，此外，在信干噪比较大时，对角加载算法可能会出现性能下降问题。不确定集约束算法将可能失配的导向矢量约束在某个椭圆不确定集内，从而降低目标DOA失配的影响。最差性能最优化算法通过优化最差条件下的波束形成性能达到提高稳健性的目的。不确定集约束算法和最差性能最优化方法均可归结为对角加载类算法，只是有各自的对角因子求解方法，此类方法在信干噪比较高时仍然会出现性能下降较大的问题。稳健线性约束最小方差算法虽然能在一定程度上减少目标期望信号方向失配造成的影响，但当期望信号失配较大时，目标方向的增益仍然会有一定损失。综合分析，上述算法在较大信干比条件下不能有效抑制干扰，甚至降低了系统干扰抑制的能力。

发明内容

为了克服传统方法在实际应用中的困难，本发明的任务是针对上述现有技术的不足之处，提出一种能够有效校正目标波达方向估计误差所带来的目标导向矢量失配误差，并能在干扰信号方向生成较深零陷的数字相控阵天线零点约束的稳健自适应波束形成方法，以解决现有对角加载类的稳健自适应波束形成算法在干扰信号方向无法生成有效零陷的问题。

本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现：一种零点约束的稳健自适应波束形成方法，特征在于包括如下步骤：