本發(fā)明屬于雷達
技術領域：
，一種新的DOA失配條件下穩(wěn)健自適應波束形成方法，即一種新的波達角嚴重失配情況下的穩(wěn)健自適應波束形成方法，更進一步涉及陣列雷達自適應信號處理技術，可用于到達角DOA嚴重失配情況下的穩(wěn)健波束形成。
背景技術：
：Capon波束形成器也叫最小方差無失真響應MVDR波束形成器，通過最小化陣列輸出功率使得在照射方向為一常數來選擇權矢量。標準的Capon波束形成器SCB對導向矢量誤差非常敏感。導向矢量誤差由許多原因產生，例如DOA估計誤差、陣元位置擾動誤差。一些學者提出基于導向矢量不確定集的穩(wěn)健的波束形成方法以及利用最壞情況優(yōu)化方法，提出一種新的基于二次錐規(guī)劃問題SOCP的方法。但是，SOCP問題需要利用特定的優(yōu)化工具箱來獲得它的解，計算復雜度較高。穩(wěn)健的Capon波束形成方法RCB的基本思想是通過最大化陣列輸出的功率來估計在不確定集中的期望的導向矢量。但是當DOA嚴重失配時，RCB方法需要一個大尺寸的不確定集來獲得穩(wěn)健性，這會導致輸出SINR的下降。為了減輕這個問題，一些新的穩(wěn)健的波束形成方法被提出來。基于最壞情況優(yōu)化以及幅度響應約束的穩(wěn)健自適應波束形成方法的一個重要的優(yōu)點是它可以通過約束陣列幅度響應靈活地控制主瓣的寬度。然而該方法屬于SOCP問題，計算復雜度也較大。另外，它損失了一些用于抑制干擾的自由度。一種基于RCB迭代的穩(wěn)健Capon波束形成方法IRCB通過在一小的不確定球集合中重復地尋找期望的導向矢量。但是，當干擾的功率大于感興趣信號的功率時，IRCB可能收斂到一個干擾的導向矢量而不是期望信號的導向矢量。技術實現要素：本發(fā)明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提出一種新的波達角嚴重失配情況下穩(wěn)健自適應波束形成方法，在DOA嚴重失配的情況下能夠在不損失自由度的前提下實現主瓣的保形，獲得了更高的輸出信干噪比，提高陣列雷達的檢測性能。本發(fā)明的技術解決方案：一種新的DOA失配條件下穩(wěn)健自適應波束形成方法，步驟如下：(1)計算正定矩陣QQ=∫θ‾1-Δθθ‾1+Δθa(θ)aH(θ)dθ]]>式中，a(θ)為導向矢量，d表示陣元間距，λ為信號波長，[·]T表示轉置操作，j表示虛數。為假定的波達方向，Δθ為波到達方向的不確定范圍，[·]H表示共軛轉置操作，波達角θ表示來波方向和天線陣列法線方向的夾角，M表示陣元個數；(2)根據步驟(1)得到的正定矩陣Q，對正定矩陣Q進行特征分解，得到正定矩陣Q的M個特征值，然后對M個特征值進行從大到小排序，選擇前K個特征值，所述第K個大特征值要滿足：第K個特征值是第K+1個特征值的m倍；將K個特征值所對應的特征矢量組合成列正交矩陣U；(3)構建優(yōu)化模型如下：minrrHR^Urs.t.rHr=M]]>式中，r為待求的旋轉矢量，為采樣數據的協(xié)方差矩陣，N為采樣的快拍數，x[n]表示均勻線陣第n次快拍的接收數據，n＝1,2,3,…,N。M為約束旋轉矢量r模值的平方。UH表示對矩陣U的共軛轉置，表示對求逆；(4)將步驟(3)中的矩陣進行特征分解，得到特征值中的最小特征值對應的特征矢量為旋轉矢量r，即所述r為矩陣最小特征值對應的特征矢量；(5)根據步驟(2)的列正交矩陣U以及步驟(4)中的旋轉矢量r估計在波達角嚴重失配情況下期望的導向矢量a：a=M||r||U·r]]>式中，||·||表示取模操作。(6)構建基于廣義秩信號模型的穩(wěn)健波束形成方法優(yōu)化模型：minwwHR^xxw]]>s.t.wH(aaH+Δ)w≥1,且||Δ||≤ε其中，w為待求的最優(yōu)權矢量，Δ表示誤差矩陣，ε表示誤差矩陣的模值上限。(7)對步驟(6)的優(yōu)化模型進行求解，即對矩陣進行特征分解，獲得最大特征值對應的特征矢量w，w即為波束形成權矢量，其中I為單位矩陣。(8)根據步驟(7)獲得的權矢量w，波束形成的輸出為：wHx，其中x為陣列接收的信號。所述m取8以上。所述ε與M的取值關系為本發(fā)明與現有技術相比有益效果為：(1)本發(fā)明通過步驟(1)到步驟(7)方法，在DOA嚴重失配的情況下仍然能夠在不損失自由度的前提下實現主瓣的保形，獲得了更高的輸出“信干噪比”，極大提高雷達目標檢測性能。(2)本發(fā)明解決方案不同于現有技術，首先估計在一個大的不確定集合中的期望信號的導向矢量，然后利用基于廣義秩信號模型的波束形成方法獲得對抗其它類型失配的穩(wěn)健性，該方法計算效率高，在DOA嚴重失配的情況下能夠在不損失自由度的前提下實現主瓣的保形，獲得了更高的輸出信干噪比。附圖說明圖1位本發(fā)明一種新的DOA失配條件下穩(wěn)健自適應波束形成方法的流程圖；圖2為陣列接收信號示意圖；圖3為本發(fā)明與其他方法性能比較圖。具體實施方式本發(fā)明的基本思路為：一種新的DOA失配條件下穩(wěn)健自適應波束形成方法，即一種新的波達角嚴重失配情況下的穩(wěn)健自適應波束形成方法，主要解決在波達角嚴重失配時陣列雷達探測目標性能損失問題。其實現步驟是：1.獲得列正交矩陣U；2.獲得旋轉矢量r；3.估計在波達角嚴重失配情況下期望的導向矢量；4.構建基于廣義秩信號模型的穩(wěn)健波束形成方法優(yōu)化問題；5.求解最優(yōu)權矢量；本發(fā)明先估計在一個大的不確定集合中期望信號的導向矢量，然后利用基于廣義秩信號模型的波束形成方法獲得對抗其它類型失配的穩(wěn)健性，在DOA嚴重失配的情況下能夠在不損失自由度的前提下實現主瓣的保形，獲得了更高的輸出信干噪比，提高了陣列雷達檢測目標的性能。下面對本發(fā)明實施例及效果作進一步的詳細描述，具體實施流程圖如圖1所示。本發(fā)明的使用場景為：采用等距線陣作為接收陣列，陣元數為10，陣元間距為15厘米，干擾信號角度為30度，目標角度為3度，目標期望角度為0度，干噪比為30分貝，以上陣列與波達方向幾何關系如圖2所示。本發(fā)明首先估計在一個大的不確定集合中的期望信號的導向矢量，然后利用基于廣義秩信號模型的穩(wěn)健的波束形成方法獲得對抗其它類型的失配的穩(wěn)健性，提出一種新的DOA失配條件下穩(wěn)健自適應波束形成方法其實現步驟如下：(1)計算正定矩陣QQ=∫θ‾1-Δθθ‾1+Δθa(θ)aH(θ)dθ]]>式中，a(θ)為導向矢量，其中θ取值為3度；d表示陣元間距，取值為15cm；λ為信號波長，取值為30cm；[·]T表示轉置操作，j表示虛數。為假定的波達方向，取值為0度；Δθ為波到達方向的不確定范圍，取值為5度；[·]H表示共軛轉置操作，波達角θ表示來波方向和天線陣列法線方向的夾角，M表示陣元個數，取值為10；(2)根據步驟(1)得到的正定矩陣Q，對正定矩陣Q進行特征分解，得到正定矩陣Q的10個特征值，然后對M個特征值進行從大到小排序，選擇前K個特征值，所述第K個大特征值要滿足：第K個特征值是第K+1個特征值的m倍，m優(yōu)選8～12；將K個特征值所對應的特征矢量組合成列正交矩陣U；(3)構建優(yōu)化模型如下：minrrHR^Urs.t.rHr=M]]>式中，r為待求的旋轉矢量，為采樣數據的協(xié)方差矩陣，N為采樣的快拍數，N取值為100，x[n]表示均勻線陣第n次快拍的接收數據，n＝1,2,3,…,100。M為約束旋轉矢量r模值的平方。UH表示對矩陣U的共軛轉置，表示對求逆；(4)將步驟(3)中的矩陣進行特征分解，得到特征值中的最小特征值對應的特征矢量為旋轉矢量r，即所述r為矩陣最小特征值對應的特征矢量；(5)根據步驟(2)的列正交矩陣U以及步驟(4)中的旋轉矢量r估計在波達角嚴重失配情況下(實例中目標來波方向與期望方向相差2～6度，此處以3度為例)期望的導向矢量a：a=M||r||U·r]]>式中，||·||表示取模操作。(6)構建基于廣義秩信號模型的穩(wěn)健波束形成方法優(yōu)化模型：minwwHR^xxw]]>s.t.wH(aaH+Δ)w≥1,且||Δ||≤ε其中，w為待求的最優(yōu)權矢量，Δ表示誤差矩陣，ε表示誤差矩陣的模值，優(yōu)選取值為0.3。(7)對矩陣進行特征分解，獲得最大特征值對應的特征矢量w，w即為波束形成權矢量，其中I為單位矩陣。(8)根據步驟(7)獲得的權矢量w，波束形成的輸出為：wHx，其中x為陣列接收的來波數據。以上實例仿真結果如圖3所示，傳統(tǒng)的加載MVDR方法在低信噪比有效，高信噪比性能損失嚴重；傳統(tǒng)LCMV方法對目標的輸入信噪比穩(wěn)健，然而其性能損失大。本發(fā)明方法具有對目標輸入信噪比穩(wěn)健的優(yōu)勢，且輸出信干噪比性能優(yōu)于傳統(tǒng)MVDR方法和LCMV方法。當前第1頁1 2 3