一种基于信源个数估计的特征干扰相消波束形成方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于信源个数估计的特征干扰相消波束形成方法，属于自适应波束形成【技术领域】。该方法首先通过训练样本估计阵列协方差矩阵，并对阵列协方差矩阵进行特征值分解得到特征值和特征矢量；然后利用特征值估计信源个数，利用特征矢量采用空间谱估计方法判断主瓣区内是否含有目标信号，确定干扰源个数；最后由估计的干扰源个数和特征矢量构造干扰子空间，利用干扰子空间进一步得到位于干扰子空间的正交投影补空间的自适应权矢量。无论训练快拍中是否含有目标信号，本方法均能取得良好的抗干扰性能。
【专利说明】一种基于信源个数估计的特征干扰相消波束形成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自适应波束形成【技术领域】，涉及一种基于信源个数估计的特征干扰相消波束形成方法。
【背景技术】
[0002]自适应波束形成技术是阵列信号处理领域的一个重要研究内容。该技术利用空间不同来向信号的采样数据信息，自适应地调整阵列各通道的加权系数，经过加权处理后，可以达到增强目标信号、滤除干扰及噪声成分的目的。自适应波束形成技术由于能够充分利用阵列天线所获取的空间信息，大幅度地提高阵列的抗干扰能力，目前已经在雷达、通信、声纳、导航、语音信号处理、地震监测以及生物医学工程等众多领域得到了广泛的研究和应用。
[0003]在众多自适应波束形成算法中，子空间类算法以其有效克服低快拍和系统误差的优势得到了广泛的关注和研究。该类算法基于波束形成算法性能下降主要是由噪声子空间扰动引起的思想，通过构造信号子空间得到自适应权矢量，可以取得较快的收敛速度和较高的系统输出信干噪比SINR，并对误差具有稳健性。其中，特征干扰相消波束形成ECB算法通过对协方差矩阵进行特征值分解得到干扰子空间，然后得到位于干扰子空间正交补空间的自适应权矢量，该算法能直接在干扰方向产生零陷，使得干扰抑制独立于干噪比，并且可以改善低快拍对自适应阵列性能的影响。
[0004]然而该算法要求训练样本中不含目标信号，否则就会将目标信号当作干扰进行抑制，产生目标信号相消现象。当训练样本中含有目标信号时，基于特征空间的自适应波束形成ESB算法不仅具有低快拍误差稳健性，而且可以克服指向误差对自适应阵列性能的影响，该算法的基本思想是指向误差的真实值应位于信号干扰子空间，当存在指向误差时，将目标信号导向矢量向信号干扰子空间投影来估计其真实值，然后再进行常规的自适应波束形成。
[0005]因此，ESB算法仅适用于期望信号较强的环境，期望信号较弱时性能下降。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种基于信源个数估计的特征干扰相消波束形成方法，无论信号源中是否含有目标信号源，均能够实现有效抗干扰的自适应波束形成。
[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案为:该方法包括如下几个步骤；
[0008]步骤一、阵列天线接收多个信号源的入射波形，获得入射波形的快拍数据矢量，对所述快拍数据矢量进行阵列协方差矩阵估计以及特征值分解，获得该快拍数据矢量的特征矢量空间。
[0009]步骤二、依据步骤一分解获得的特征值、阵列天线的阵元数目以及快拍数目估计所述多个信号源的数目，判断所述多个信号源是否为目标信号源和干扰信号源的组合，从而获取干扰信号源的数目。[0010]步骤三、以步骤二获得的干扰信号源的数目在所述特征矢量空间中选取特征矢量，估计干扰子空间，将期望波束的指向方向对应的阵列导向矢量向估计干扰子空间的正交补空间进行投影，获得自适应权矢量。
[0011]步骤四、用步骤三获得的自适应权矢量进行波束形成。
[0012]优选地，阵列天线为由N个各向同性的阵元组成的等间距线性阵列，则所述步骤一包括如下步骤:
[0013]步骤①、阵列天线接收多个信号源的入射波形，获得所述入射波形的快拍数据矢量为X(t) = [X1 (t), X2 (t),..., xN(t)]T,其中Xi (t)为第i个阵元t时刻接收的快拍数据；
[0014]步骤②、对该快拍数据矢量进行阵列协方差矩阵估计，获得的协方差矩阵及为:
[0015]
【权利要求】
1.一种基于信源个数估计的特征干扰相消波束形成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤一、阵列天线接收多个信号源的入射波形，获得入射波形的快拍数据矢量，对所述快拍数据矢量进行阵列协方差矩阵估计以及特征值分解，获得该快拍数据矢量的特征矢量空间； 步骤二、依据步骤一分解获得的特征值、阵列天线的阵元数目以及快拍数目估计所述多个信号源的数目，判断所述多个信号源是否为目标信号源和干扰信号源的组合，从而获取干扰信号源的数目； 步骤三、以步骤二获得的干扰信号源的数目在所述特征矢量空间中选取特征矢量，估计干扰子空间，将期望波束的指向方向对应的阵列导向矢量向估计的干扰子空间的正交补空间进行投影，获得自适应的权矢量； 步骤四、以步骤三获得的自适应的权矢量进行波束形成。
2.如权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述阵列天线为由N个各向同性的阵元组成的等间距线性阵列，则所述步骤一包括如下步骤: 步骤①、阵列天线接收多个信号源的入射波形，获得所述入射波形的快拍数据矢量为x(t) = [X1U), x2(t),...，xN(t)]T,其中Xi(t)为第i个阵元t时刻接收的快拍数据; 步骤②、对该快拍数据矢量进行阵列协方差矩阵估计获得的协方差矩阵及为:
3.如权利要求2所述的波束形成方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤: 步骤(1)、依据步骤一分解获得的特征值、阵列天线的阵元数目以及快拍数目估计所述多个信号源的数目时，采用的是最小描述长度准则，即
4.如权利要求3所述的波束形成方法，其特征在于，所述步骤三中依据干扰信号源的数目?，选取前A个特征矢量《0 = 1,2,...,?)组成干扰子空间矩阵Us，即Us =[? …。
【文档编号】G06F19/00GK103942449SQ201410186568
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】杨小鹏, 曾涛, 胡晓娜, 孙雨泽, 龙腾 申请人:北京理工大学