一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109120323A(43)申请公布日2019.01.01(21)申请号201810824890.6(22)申请日2018.07.25(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人谢坚姜恒粟嘉陶明亮张兆林王伶(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人顾潮琪(51)Int.Cl.H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)H04L25/03(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法(57)摘要本发明提供了一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法，在物理阵元数目限和干扰数超出阵列自由度的条件下，利用四阶累积量的阵列扩展作用和二级嵌套阵的稀疏阵形，减少了在均匀线阵模型中进行扩展时出现的大量阵元冗余，增加了产生的虚拟阵元的可用数量，进一步增加了阵列自由度，改善了算法在超自由度干扰抑制时的性能，并利用四阶累积量具有的盲高斯性改善了算法在小信噪比下的表现，给出了在MVDR约束下该方法的权值求解形式。CN109120323ACN109120323A权利要求书1/1页1.一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法，其特征在于包括下述步骤：采用二级均匀直线嵌套阵作为接收阵列，阵元总数为M，第一级阵的阵元数为M1，阵元间距为d，第二级阵的阵元数为M2，阵元间距为(M1+1)d；假设阵列接收的p个信号S(t)＝[s1T(t),…sp(t)]相互独立，均为远场窄带信号，入射方向分别为θ1…θp，接收信号的矩阵表示形式X(t)＝A(θ)·S(t)+N(t)，其中，A(θ)＝[a(θ1),…a(θp)]为阵列流形，N(t)表示噪声，则该阵列信号的四阶累计量的协方差矩阵其中，1≤k1,k2,k3,k4≤M，表示第i个信号对应的方向向量中的第kj个值，j＝1、2、3、4；422根据k1,k2,k3,k4的组合运算，组合出M个值，放入M×M的矩阵R4中，R4((k1-1)M+k3,(k2-1)M+k4)＝C4x(k1,k2,k3,k4)，R4便是通过计算天线接收数据的四阶累积量得到的协方差矩阵；对于期望信号s(t)，假设其入射方向为θ0，则对于嵌套阵，期望信号的导向矢量2b(θ0)是(M1+M2)*1维的，每个元素代表一个阵元的位置矢量，γ表示二级嵌套阵列中第i个阵元的位置；在MVDR的约束下，求解二级嵌套阵加四阶累积量的波束形成对应的权值，得到最优权表达式2CN109120323A说明书1/6页一种二级嵌套阵下基于四阶累积量的波束形成方法技术领域[0001]本发明涉及一种针对窄带阵列信号处理中超自由度干扰抑制的波束形成方法。背景技术[0002]波束形成技术是阵列信号处理的一个重要方面，也是抗干扰的一种有效方法。如何通过算法的改进来提高抗干扰性能，一直是人们关注的焦点。[0003]在阵元数有限的情况下，通过阵列扩展，可以提高阵列自由度；再根据最优权的求解准则，或相应的约束条件进行波束形成，可以改善算法在超自由度干扰抑制时的性能。[0004]文献1“P.Pal,P.P.Vaidyanathan.NestedArrays:ANovelApproachtoArrayProcessingWithEnhancedDegreesofFreedom[J].IEEETransactionsonSignalProcessing,Aug2010,vol.58,no.8,pp.4167-4181.”提出了基于二级嵌套阵的波束形成方法，分析了二阶嵌套阵模型，并利用其具有的稀疏性达到了阵列扩展的目的，提高了阵列自由度，增加了可抑制的干扰数量。[0005]文献2“P.Chevalier,L.Albera,A.FerreolandP.Comon,Onthevirtualarrayconceptforhigherorderarrayprocessing[J].IEEETransactionsonSignalProcessing,vol.53,no.4,pp.1254-1271,April2005.”对阵列信号处理中高阶累积量的虚拟阵元扩展作用进行综述，提出使用累积量进行阵列扩展的MUSIC算法，通过产生的虚拟阵元增加了可用阵元数目，提高了算法的分辨率。[0006]文献3“伍岳,张勇强.基于高阶累积量的LCMV波束形成算法[J].无线电工程,2013,43(10):19-21.”提出了基于四阶累积量的LCMV波束形成算法，通过高阶累积量具有的盲高斯性和阵列扩展作用，提高了算法性能，有效的减少了主瓣宽度，降低了副瓣电平加深了零陷深度。[0007]上述文献分别分析了嵌套阵及