专利名称：基于到达角误差约束的宽带波束合成方法及合成器的制作方法
技术领域：
本发明涉及阵列信号处理领域，尤其涉及基于到达角误差约束的宽带波束合成方法及合成器。
背景技术：
阵元接收的宽带信号之间存在与频率相关的相位差，所以常规的复数加权直接应用于宽带波束合成时，合成性能并不能达到最佳。宽带波束合成以Frost波束合成器为基础，在实际应用中，由于阵列存在幅相不一致、阵元位置误差、互耦及到达角误差的影响，波束合成性能受到很大的影响，所以稳健性是宽带波束合成关键因素。稳健宽带波束合成对于实现信号的空域滤波，从而提高期望信号的质量具有重要作用。稳健宽带波束合成可以应用于雷达、声纳、无线通信等阵列信号处理系统中。Frost波束合成器如
图1所示，包括阵元11，时延滤波器12，波束加权器13。设定M个信号接收阵元等距直线分布，不失一般性，假定阵元1处于坐标原点，各阵元的位置分别为 rm= [(m-l)d 0 0]T(m= 1，···，Μ)，信号到达方向 r = (sin Φ sin θ ,sin Φ cos θ， (308φ)，这里θ和φ分别表示方位角和俯仰角，[]τ表示矩阵转置，d为阵元间距
权利要求
1.基于到达角误差约束的宽带波束合成方法，其特征在于，包括步骤1，将单位矩阵乘以系数β后与协方差矩阵相加得到更新后的协方差矩阵；
2.如权利要求1所述的宽带波束合成方法，其特征在于，在无法得到满足条件
3.如权利要求1或2所述的宽带波束合成方法，其特征在于，步骤2中，对更新后的协方差矩阵进行三角分解以优化运算。
4.如权利要求1所述的宽带波束合成方法，其特征在于，通过内点迭代法计算W。
5.一种基于到达角误差约束的宽带波束合成器，包括阵元、整数时延滤波器以及波束加权器，其特征在于，波束加权器的加权系数W根据如权利要求1-4任意一项所述的宽带波束合成方法求得。
6. 一种基于到达角误差约束的宽带波束合成方法，其特征在于，包括 步骤10，第一寄存器组存储数据向量中的数据；第二寄存器组存储初始化的参数值， 包括到达角θ，到达角误差Δ θ，矩阵B，矩阵C，d(f)和g(f)，参数β和ε ； 步骤20，矩阵乘法电路对数据向量进行处理得到协方差矩阵； 步骤30，矩阵加法电路将第二寄存器中的β与单位矩阵I乘积与协方差矩阵相加得到更新后的协方差矩阵；步骤40，矩阵三角分解电路对更新后的协方差矩阵进行三角分解得到上三角矩阵； 步骤50，内点迭代法电路根据公式步骤60，判定W是否满足条件 max(abs(H(0, /))) - mm(abs(H(0, /))) > ε/ΘΕ[Θ-ΑΘ,Θ + ΑΘ]加权器的加权系数，否则更改β的值，执行步骤30;如果是，则W作为Frost波束合成器中U为上三角矩阵，Lfflid = (L+l) /2，Tffl为第m个阵元的时间延迟，W是Frost波束合成器中加权器的加权系数，L是Frost波束合成器中加权器的阶数，L为奇数，M是阵元数量，d为阵元间距，c为光速，f为基带信号的频率范围，f^为载波频率，Ttl和ε为常数，Ts为采样周期，ν为中间变量，Δ θ为到达角误差，w〖是第1列加权器的加权系数，1 = 1，......，L。
7.如权利要求6的宽带波束合成方法，其特征在于，在更改β的值时，将β乘以α得到的结果作为β的值，α为常数步长。
8.一种基于到达角误差约束的宽带波束合成器，其特征在于，包括 第一寄存器组，用于存储数据向量中的数据；第二寄存器组，用于存储初始化的参数值，包括到达角θ，到达角误差Δ θ，矩阵B，矩阵C，d(f)和g(f)，参数β和ε ；矩阵乘法电路，用于对数据向量进行处理得到协方差矩阵；矩阵加法电路，用于将协方差矩阵与第二寄存器中的β I相加得到更新后的协方差矩阵，β为系数，I为单位矩阵；矩阵三角分解电路，用于对更新后的协方差矩阵进行三角分解得到上三角矩阵； 内点迭代法电路，用于根据公式 minI I Uff IS't'^^m，Lmifl _ ^m'Lmid+l τ ~-I ^θ-cosθ(-J2πf)Ψτ {f) m\< ν 进行内点迭代，计算出 W ； cffTCBg (f) -ν 彡 1判定电路，用于判定W对应的参数是否满足条件 max(abs(H(e, /))) - rmn(abs(H(e, /))) > ε/ΘΕ[Θ-ΑΘ,Θ + ΑΘ]加权器的加权系数，否则更改β的值，并重新启用矩阵加法电路；如果是，则W作为Frost波束合成器中H(^/) = wrd(/) D(/)a(/,^) (!(/) = [1广凡,·. D(/) = diag(e~j27tm丨 Γ T [W1 ,W2T飞,Wj,6-JiKf(I-Y)Ts γ-j27lfTm\ Tffl = V X ffl,eΓ]2πβ·2eτ m = (m-1) sin θ /fa(/,約二[1,e~"0 ···01"0 ···1000B =1 ···00000 ···100 ···01C = Ir 1,e-J^f(M-I)SinffZfolTi =
T,L M ？ 1m= ni = I .... M；U为上三角矩阵，Lfflid = (L+l) /2，Tffl为第m个阵元的时间延迟，W是Frost波束合成器中加权器的加权系数，L是Frost波束合成器中加权器的阶数，L为奇数，M是阵元数量，d为阵元间距，c为光速，f为基带信号的频率范围，f^为载波频率，Ttl和ε为常数，Ts为采样周期，ν为中间变量，Δ θ为到达角误差，w〖是第1列加权器的加权系数，1 = 1，......，L。
9. 一种宽带波束合成装置，其特征在于，包括天线阵，接收前端，模数转换模块，到达角估计模块和宽带波束合成器，其特征在于，所述宽带波束合成器为如权利要求5或8所述的宽带波束合成器。
全文摘要
本发明公开了基于到达角误差约束的宽带波束合成方法及合成器。方法，其特征在于，包括步骤1，将单位矩阵乘以系数β后与协方差矩阵相加得到更新后的协方差矩阵；步骤2，根据公式min WTRxxW+βWTW计算W，并且该W满WTCBg(f)-v≥1足条件本发明使得在到达角(DOA)误差范围内使得信号的最大程度的通过，同时使得信号响应有一定的波纹。
文档编号H04B7/08GK102508228SQ20111028903
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者陆建华, 陈云, 黄振 申请人:清华大学