一種基于信源個數(shù)估計的特征干擾相消波束形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于信源個數(shù)估計的特征干擾相消波束形成方法，屬于自適應波束形成【技術領域】。該方法首先通過訓練樣本估計陣列協(xié)方差矩陣，并對陣列協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到特征值和特征矢量；然后利用特征值估計信源個數(shù)，利用特征矢量采用空間譜估計方法判斷主瓣區(qū)內是否含有目標信號，確定干擾源個數(shù)；最后由估計的干擾源個數(shù)和特征矢量構造干擾子空間，利用干擾子空間進一步得到位于干擾子空間的正交投影補空間的自適應權矢量。無論訓練快拍中是否含有目標信號，本方法均能取得良好的抗干擾性能。
【專利說明】一種基于信源個數(shù)估計的特征干擾相消波束形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于自適應波束形成【技術領域】，涉及一種基于信源個數(shù)估計的特征干擾相消波束形成方法。
【背景技術】
[0002]自適應波束形成技術是陣列信號處理領域的一個重要研究內容。該技術利用空間不同來向信號的采樣數(shù)據(jù)信息，自適應地調整陣列各通道的加權系數(shù)，經過加權處理后，可以達到增強目標信號、濾除干擾及噪聲成分的目的。自適應波束形成技術由于能夠充分利用陣列天線所獲取的空間信息，大幅度地提高陣列的抗干擾能力，目前已經在雷達、通信、聲納、導航、語音信號處理、地震監(jiān)測以及生物醫(yī)學工程等眾多領域得到了廣泛的研究和應用。
[0003]在眾多自適應波束形成算法中，子空間類算法以其有效克服低快拍和系統(tǒng)誤差的優(yōu)勢得到了廣泛的關注和研究。該類算法基于波束形成算法性能下降主要是由噪聲子空間擾動引起的思想，通過構造信號子空間得到自適應權矢量，可以取得較快的收斂速度和較高的系統(tǒng)輸出信干噪比SINR，并對誤差具有穩(wěn)健性。其中，特征干擾相消波束形成ECB算法通過對協(xié)方差矩陣進行特征值分解得到干擾子空間，然后得到位于干擾子空間正交補空間的自適應權矢量，該算法能直接在干擾方向產生零陷，使得干擾抑制獨立于干噪比，并且可以改善低快拍對自適應陣列性能的影響。
[0004]然而該算法要求訓練樣本中不含目標信號，否則就會將目標信號當作干擾進行抑制，產生目標信號相消現(xiàn)象。當訓練樣本中含有目標信號時，基于特征空間的自適應波束形成ESB算法不僅具有低快拍誤差穩(wěn)健性，而且可以克服指向誤差對自適應陣列性能的影響，該算法的基本思想是指向誤差的真實值應位于信號干擾子空間，當存在指向誤差時，將目標信號導向矢量向信號干擾子空間投影來估計其真實值，然后再進行常規(guī)的自適應波束形成。
[0005]因此，ESB算法僅適用于期望信號較強的環(huán)境，期望信號較弱時性能下降。

【發(fā)明內容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于信源個數(shù)估計的特征干擾相消波束形成方法，無論信號源中是否含有目標信號源，均能夠實現(xiàn)有效抗干擾的自適應波束形成。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為:該方法包括如下幾個步驟；
[0008]步驟一、陣列天線接收多個信號源的入射波形，獲得入射波形的快拍數(shù)據(jù)矢量，對所述快拍數(shù)據(jù)矢量進行陣列協(xié)方差矩陣估計以及特征值分解，獲得該快拍數(shù)據(jù)矢量的特征矢量空間。
[0009]步驟二、依據(jù)步驟一分解獲得的特征值、陣列天線的陣元數(shù)目以及快拍數(shù)目估計所述多個信號源的數(shù)目，判斷所述多個信號源是否為目標信號源和干擾信號源的組合，從而獲取干擾信號源的數(shù)目。[0010]步驟三、以步驟二獲得的干擾信號源的數(shù)目在所述特征矢量空間中選取特征矢量，估計干擾子空間，將期望波束的指向方向對應的陣列導向矢量向估計干擾子空間的正交補空間進行投影，獲得自適應權矢量。
[0011]步驟四、用步驟三獲得的自適應權矢量進行波束形成。
[0012]優(yōu)選地，陣列天線為由N個各向同性的陣元組成的等間距線性陣列，則所述步驟一包括如下步驟:
[0013]步驟①、陣列天線接收多個信號源的入射波形，獲得所述入射波形的快拍數(shù)據(jù)矢量為X(t) = [X1 (t), X2 (t),..., xN(t)]T,其中Xi (t)為第i個陣元t時刻接收的快拍數(shù)據(jù)；
[0014]步驟②、對該快拍數(shù)據(jù)矢量進行陣列協(xié)方差矩陣估計，獲得的協(xié)方差矩陣及為:
[0015]
【權利要求】
1.一種基于信源個數(shù)估計的特征干擾相消波束形成方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一、陣列天線接收多個信號源的入射波形，獲得入射波形的快拍數(shù)據(jù)矢量，對所述快拍數(shù)據(jù)矢量進行陣列協(xié)方差矩陣估計以及特征值分解，獲得該快拍數(shù)據(jù)矢量的特征矢量空間； 步驟二、依據(jù)步驟一分解獲得的特征值、陣列天線的陣元數(shù)目以及快拍數(shù)目估計所述多個信號源的數(shù)目，判斷所述多個信號源是否為目標信號源和干擾信號源的組合，從而獲取干擾信號源的數(shù)目； 步驟三、以步驟二獲得的干擾信號源的數(shù)目在所述特征矢量空間中選取特征矢量，估計干擾子空間，將期望波束的指向方向對應的陣列導向矢量向估計的干擾子空間的正交補空間進行投影，獲得自適應的權矢量； 步驟四、以步驟三獲得的自適應的權矢量進行波束形成。
2.如權利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述陣列天線為由N個各向同性的陣元組成的等間距線性陣列，則所述步驟一包括如下步驟: 步驟①、陣列天線接收多個信號源的入射波形，獲得所述入射波形的快拍數(shù)據(jù)矢量為x(t) = [X1U), x2(t),...，xN(t)]T,其中Xi(t)為第i個陣元t時刻接收的快拍數(shù)據(jù); 步驟②、對該快拍數(shù)據(jù)矢量進行陣列協(xié)方差矩陣估計獲得的協(xié)方差矩陣及為:
3.如權利要求2所述的波束形成方法，其特征在于，所述步驟二包括如下步驟: 步驟(1)、依據(jù)步驟一分解獲得的特征值、陣列天線的陣元數(shù)目以及快拍數(shù)目估計所述多個信號源的數(shù)目時，采用的是最小描述長度準則，即
4.如權利要求3所述的波束形成方法，其特征在于，所述步驟三中依據(jù)干擾信號源的數(shù)目?，選取前A個特征矢量《0 = 1,2,...,?)組成干擾子空間矩陣Us，即Us =[? …。
【文檔編號】G06F19/00GK103942449SQ201410186568
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權日:2014年5月5日
【發(fā)明者】楊小鵬, 曾濤, 胡曉娜, 孫雨澤, 龍騰 申請人:北京理工大學