基于1范数约束的自适应波束形成方法
【专利摘要】本发明属于雷达自适应波束形成【技术领域】，特别涉及基于1范数约束的自适应波束形成方法。其具体步骤为：利用雷达的接收阵列接收信号，雷达的接收阵列接收的信号包括干扰信号和目标回波信号；雷达的接收阵列为均匀线阵；用e表示设定的目标导向矢量s与目标导向矢量的估计之间的误差向量；构建关于向量e的优化模型，求解关于向量e的优化模型，得出目标导向矢量的估计得出雷达的接收阵列接收信号的协方差矩阵的估计将的所有特征值对应的特征向量组成的矩阵表示U；将矩阵U的前K列作为目标加干扰子空间E，K为设定的自然数，得出修正后的目标加干扰子空间构建基于1范数约束的代价函数；求解基于1范数约束的代价函数，得出向量β；得出自适应权矢量wopt，
【专利说明】基于1范数约束的自适应波束形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达自适应波束形成【技术领域】，特别涉及基于1范数约束的自适应波 束形成方法。
【背景技术】
[0002] 波束形成（Beam forming, BF)作为阵列信号处理领域的一项关键技术。近几十年 来，一直是阵列信号处理的热点问题之一，在雷达、声纳、语音麦克风、卫星通信、地震探测 等军事和国民经济领域有着广泛地应用。波束形成的基本思想是：通过将各阵元输出进行 加权求和，将天线阵列波束"导向"到一个方向上，对期望信号得到最大输出功率的导向位 置即给出波达方向（Direction of arrival，D0A)估计。传统的波束形成是指在期望信号 方向矢量精确已知和相应的协方差矩阵没有偏差的条件下，进行的波束形成。然而实际问 题中，导向矢量不匹配、协方差矩阵不准确、接收数据包含较强的期望信号等都会影响波束 形成的性能。
[0003] 针对传统的波束形成方法中所存在的不足，学者们提出了基于对角加载技术 (Diagonal loading, DL)的稳健自适应波束形成方法，该方法对阵列流形不匹配、小样本环 境下都具有很好的稳健效果，但是当接受信号中存在期望信号时，会产生信号相消现象，导 致算法性能严重下降。Worst-case BF算法是一种基于最差环境下的稳健BF方法，该方法 假设阵列误差属于一个球形不确定集，并对目标导向矢量进行约束，但是当存在信号相消 现象时，该算法性能下降。子空间方法是另一种稳健自适应波束形成方法，该方法首先估计 干扰加信号子空间，再对目标信号导向矢量进行投影得到自适应权，对多种不匹配情况均 具有稳健作用，但是需要已知干扰数目，且在低信噪比下效果较差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于1范数约束的稳健自 适应波束形成方法。本发明在不需要精确已知期望信号方向矢量和相应的协方差矩阵的情 况下，可以提高自适应波束形成算法的稳健性和有效性。
[0005] 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0006] 基于1范数约束的自适应波束形成方法包括以下步骤：
[0007] 步骤1，利用雷达的接收阵列接收信号，雷达的接收阵列接收的信号包括干扰信号 和目标回波信号；雷达的接收阵列为均匀线阵，雷达的接收阵列的阵元数为N，雷达的接收 阵列的阵元间距为d，雷达的接收阵列接收的信号的样本个数为L ;
[0008] 步骤2,将设定的目标导向矢量表示为s，将目标导向矢量的估计表示为§，用e表 示设定的目标导向矢量s与目标导向矢量的估计§之间的误差向量；构建关于向量e的优 化模型，求解上述关于向量e的优化模型，得出设定的目标导向矢量s与目标导向矢量的估 计i之间的误差向量e ;得出目标导向矢量的估计S，§ = S+ e;根据雷达的接收阵列接收 的信号，得出雷达的接收阵列接收信号的协方差矩阵的估计食；
[0009] 步骤3,对雷达的接收阵列接收信号的协方差矩阵的估计众进行特征值分解，将灸 的所有特征值对应的特征向量组成的矩阵表示U ;将矩阵U的前K列作为目标加干扰子空 间E，K为设定的自然数，得出修正后的目标加干扰子空间E，E = fE，is];
[0010] 步骤4,构建如下基于1范数约束的代价函数：
【权利要求】
1. 基于1范数约束的自适应波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，利用雷达的接收阵列接收信号，雷达的接收阵列接收的信号包括干扰信号和目 标回波信号；雷达的接收阵列为均匀线阵，雷达的接收阵列的阵元数为N，雷达的接收阵列 的阵元间距为d，雷达的接收阵列接收的信号的样本个数为L ; 步骤2,将设定的目标导向矢量表示为s，将目标导向矢量的估计表示为§，用e表示设 定的目标导向矢量s与目标导向矢量的估计S之间的误差向量；构建关于向量e的优化模 型，求解上述关于向量e的优化模型，得出设定的目标导向矢量s与目标导向矢量的估计S 之间的误差向量e ;得出目标导向矢量的估计SS = s + e ;根据雷达的接收阵列接收的信 号，得出雷达的接收阵列接收信号的协方差矩阵的估计食； 步骤3,对雷达的接收阵列接收信号的协方差矩阵的估计食进行特征值分解，将食的 所有特征值对应的特征向量组成的矩阵表示U ;将矩阵U的前K列作为目标加干扰子空间 E，K为设定的自然数，得出修正后的目标加干扰子空间g，它=; 步骤4,构建如下基于1范数约束的代价函数：
其中，P是长度为K+2的列向量，Il ? Il1表示取I1范数操作，H表示共轭转置操作， 入'为I I P I I:的正则化参数； 步骤5,求解步骤4中基于1范数约束的代价函数，得出向量P ;得出自适应权矢量w_，mV = Ep 〇
2. 如权利要求1所述的基于1范数约束的自适应波束形成方法，其特征在于，在步骤2 中，所述关于向量e的优化模型为：
其中，s表示设定的目标导向矢量，e表示设定的目标导向矢量s与目标导向矢量的估 计g之间的误差向量，e是长度为N的列向量；食表示雷达的接收阵列接收信号的协方差矩 阵的估计；上标H表示共轭转置，（? r1表示取逆操作。
3. 如权利要求1所述的基于1范数约束的自适应波束形成方法，其特征在于，在步骤2 中，雷达的接收阵列接收信号的协方差矩阵的估计食为：
其中，X (k)表示k时刻雷达的接收阵列接收的信号，k= 1，2,…，L，L为雷达的接收阵 列接收的信号的样本个数；上标H表示共轭转置。
4.如权利要求1所述的基于1范数约束的自适应波束形成方法，其特征在于，在步骤5 中，运用凸规划包求解步骤4中基于1范数约束的代价函数，得出向量3。
【文档编号】G01S7/41GK104360337SQ201410690971
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】冯大政, 蒋雨, 解虎, 侯瑞利 申请人:西安电子科技大学