04,进行再次对角加载，得到的数据为 输入矢量协方差矩阵。它们之间满足：
[0082] h+D似
[0083] 修改后的协方差矩阵Rxx与对角加载后的协方差矩阵之间的关系满足
[0084]R=RXX+LI
[0085] 取ε=std[diag(Rxx)]，则对角加载系数L满足下述不等式
[0086]ε<L<trace(Rxx)/M，其中Μ是阵元数；trace表示轨迹。
[0087]由对角加载技术确定对角加载系数L，得到输入矢量协方差矩阵R，保存在模块 105中。由步骤2得知系统在快拍k时刻接收到的信号分别为Xl (k)，x2 (k)，. . .，xM (k)，即： 义〇〇 = |^1〇〇，叉2〇〇，...，叉1"〇〇]1'，输入数据矩阵父 11=|^1'(1)，叉1'(2)，...，叉1'(11)] 1'。则系统 的输出信号为y(n) =wHx(n)，输出功率为P(n) =E{|y(n) |2} =E{|wH(n)x(n) |2} =wH(n) Rw(n)。模块106接收模块102和模块105的数据，采用基于LCMV的逆QR分解采样矩阵求 逆，即IQRD-SMI算法求解权向量w，生成自适应波束。
[0088] 该系统实现简单，有利于减少波束形成过程中的偏差，提高波束形成的准确性和 稳健性。
[0089] (1)如图2所示，系统实现采用两个以上的探测器协作实现信号的收集。在信号的 搜集过程中各个探测器是进行实时通讯的。它们彼此为对方提供信号的误差信息。在不断 变化的深海环境中，能实时地动态地对误差矩阵进行调控，有效地减少了环境因素对信号 的干扰，使得深海探索更加便捷准确。
[0090] (2)在本系统中，多个探测器的协同合作能在很大程度上提高扫描速度（如图4所 示）。并可计算出扫描时间和探测器数量是成反比的关系。此外多探测器的协同合作也是 当下在研项目探索深海三维立体扫描，对体目标进行精确成像的数学模型的有效支撑。
[0091] (3)系统采用的直线型信号接收阵存在扫描角度限制，在其扫描盲角通过增加一 个信号接受阵元来模拟系统的采样信号误差矩阵，是对系统资源的有效利用。
[0092] 最后说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种基于动态重修正的自适应波束形成方法，其特征在于： 按照本发明的实施系统得到输入矢量数据阵和空间协方差矩阵估计，通过在探测器的 接收基阵背面加一个信号接收单元用于和协同工作设备的通信和误差调整，设两设备始终 工作在对方的远场某处，可近似看作平面波从空间某一方向射入到基阵，信号入射方向为 0，通过交互信息获得。协作设备之间通过确认信息之后开始进行误差动态调整。令波束 指向等于0，减少扫描时间，接收器接收信号的频率，设为阵列天线的采样频率f，由直线 型接收天线阵列可知，相邻阵元接收到的信号，由于误差而引起相位差为，因为 令波指向等于e，所W接收阵元不需要进行相移，通信接收器模拟直线阵列进行误差矩 阵估计时，模拟的第i个基元与第1个基元之间接收信号的相位差为(i-i) 4，此时 假定通信接收器接收信号的相位为〇，x'i(n)为系统在快拍n时刻各阵元的模拟采样信号 X' i(n) = Wi exp[j (fn+<!)；)]Wi为幅度加权系数，在此设Wi=I;c为光速，Tl为各阵元相对于参考点（第I个基元） 的位置，k为波束向量，a=k/|k|表示电波的传播方向，为单位向量，X'i(n)的频带带 宽B比载波值f。小很多，信号X'1(n)变化相对缓慢，满足关系故有I即信号包络在各个模拟阵元上的差异可W忽略不计。则模拟出阵列天 线一个采样时刻的数据向量，记作其中mT+n' =n(即快拍n时刻），此处约定n>T，W避免m-1 <O情况。(?表示向下取整，为参考信号的周期；X'i(m)表示接收矩阵第i 个阵元的模拟数据，得到参考信号的协方差矩阵估计值为设备预存的参考信号协方差为也，与接收到的参考信号化之间的关系为 矣是化，得到误差矩阵的估计为Dxx。2. 所述一种基于动态重修正的自适应波束形成方法，是利用对角加载方法对干扰 加噪声的协方差矩阵估计值良a进行改进，改进后的协方差矩阵为Ru,它们之间满足： 知得到修改后的协方差矩阵Ru。修改后的协方差矩阵Ru与对角加载后的协方 差矩阵之间的关系满足R=Ru+LI取e=StdWiag(RJ]，则对角加载系数L满足下述不 等式e《L《trace(Ru) /M， 其中M是阵元数；trace表示轨迹。由对角加载技术确定对角加载系数L得到输入矢 量协方差矩阵R。结合系统之前得到的输入矢量数据阵，采用基于LCMV的逆QR分解采样矩 阵求逆，即IQ畑-SMI算法求解权向量w，生成自适应波束。3. 所述一种基于动态重修正的自适应波束形成系统，其特征在于系统实现采用两个W 上的探测器协作实现信号的收集。在信号的捜集过程中各个探测器是通过其接收基阵背面 加一个信号接收单元进行实时通讯的。另外，系统采用的直线型信号接收阵存在扫描角度 限制，在其扫描盲区通过增加一个信号接收阵元来模拟系统的采样信号误差矩阵，是对系 统资源的有效利用。它们彼此为对方提供信号的误差信息。在不断变化的深海环境中，能 实时地动态地对误差矩阵进行调控，有效地减少了环境因素对信号的干扰，使得深海探索 更加便捷准确。协作设备始终工作在对方的远场某处，可近似看作平面波从空间某一方向 射入到基阵，信号入射方向为0，通过交互信息获得。令波束指向也等于0，减少扫描时 间，接收器接收信号的频率，设为阵列天线的采样频率f。得到系统在快拍n时刻各阵元的 模拟采样信号X'i(n)，进而计算出参考信号的协方差矩阵估计值为，在 ?，1 = 1系统的高速缓存中，设备预存的参考信号协方差为是^.，与接收到的参考信号矣之间的关系 为义^ =足化，得到误差矩阵的估计为Dxx。4. 所述一种基于动态重修正的自适应波束形成系统，其特征在于系统实施的过程中， 信号捜集和处理装置主要包括W下核屯、模块：改进后的空间协方差矩阵估计模块、缓存模 块、信号分离模块、通信数据模块、参考信号模块、预存参考信息模块、误差矩阵生成模块。 其中： 改进后的空间协方差矩阵估计模块，是本发明的核屯、内容。是根据误差矩阵生成模块 得到的误差矩阵对系统最初得到的空间协方差矩阵估计进行改进，用于逼近真实的空间协 方差矩阵值。 缓存模块，是根据本算法的需要，对单路通信信号的采样进行缓存处理，然后通过采集 周期性的通信信号来模拟接收阵元的接收数据。 信号分离模块，是根据探测器之间的通信协议和预存参考信号模块的信息对缓存后的 信号进行分离，得到通信数据和参考信号的采样值。 通信数据模块，是用于保存信号分离模块分离出来的探测器之间的通信信息的模块， 其中包括相对位置等，然后计算得出信号的入射角等信息。 参考信号模块，是采样得到的发送端发送过来的预存参考信号的接收值，并计算得到 模拟信号的空间协方差矩阵估计值。 预存参考信号模块，是系统预先保存在高速寄存器中的参考信号。 误差矩阵生成模块，是本发明的核屯、，是根据探测器之间的通信信生成的信号误差矩 阵值。
【专利摘要】本发明公开了一种自适应波束形成方法及系统。根据接收设备间的协同通信和采样协方差矩阵动态地估计真实输入矢量协方差矩阵，从而最小化特征值的分散情况。改善了自适应波束的性能，降低环境干扰的变化对信号接收的影响，提高波束形成的准确性和稳健性。实现方案如下：1)通过接收端阵元得到样本，计算样本数据的协方差矩阵。作为干扰加噪声的协方差矩阵的估计值；2)通过协同设备发送来的参考信号和本设备预存的参考信号构建协方差矩阵的误差矩阵；3)由2)得到误差矩阵对1)获得样本数据的协方差矩阵进行动态调整，得到改进的样本协方差矩阵；4)确定对角加载系数；5)采用基于LCMV的IQRD-SMI算法进行权向量求解，生成自适应波束。
【IPC分类】G01S7/539, G01S15/89
【公开号】CN105372644
【申请号】CN201510746242
【发明人】邓正宏, 李学强, 焦利涛, 黄一杰, 付明月
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月3日