基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法技术

本发明专利技术涉及一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法，包括，获取二维天线阵列的接收信号和期望信号；根据所述接收信号，构建四阶累积量矩阵；根据所述期望信号对所述二维天线阵列进行扩展，得到扩展后的阵列导向矢量矩阵；根据所述四阶累积量矩阵和所述阵列导向矢量矩阵，计算空域滤波最优权系数；根据所述空域滤波最优权系数对所述接收信号进行空域滤波。本发明专利技术的二维天线阵列空域滤波方法对二维天线阵列进行了扩展，展宽了二维天线阵列的有效孔径，并扩展出虚拟阵元，增加了二维天线阵列的有效阵元的数目，突破了传统的二维天线阵列空域滤波方法中对入射信号数目的限制，提升了二维天线阵列的自由度。

Spatial filtering method of two-dimensional antenna array based on fourth-order cumulant

The invention relates to a spatial filtering method of two-dimensional antenna array based on fourth-order cumulant, which includes acquiring the received signal and expected signal of two-dimensional antenna array, constructing a fourth-order cumulant matrix according to the received signal, extending the two-dimensional antenna array according to the expected signal, and obtaining the extended array steering vector matrix according to the fourth-order cumulant moment. The array and the array steering vector matrix are used to calculate the optimal weight coefficients of spatial filtering, and the received signals are filtered in spatial domain according to the optimal weight coefficients of the spatial filtering. The spatial filtering method of the two-dimensional antenna array of the present invention extends the effective aperture of the two-dimensional antenna array, expands the virtual element, increases the number of effective elements of the two-dimensional antenna array, breaks through the limitation of the number of incident signals in the traditional spatial filtering method of the two-dimensional antenna array, and enhances the freedom of the two-dimensional antenna array.

【技术实现步骤摘要】
基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法
本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法。
技术介绍
空域滤波，亦称自适应波束成形，是阵列信号处理的一个主要部分，其实质是通过对各阵元加权进行空域滤波，以达到增强期望信号、抑制干扰信号的目的，而且可以根据信号环境的变化自适应地改变各阵元的加权因子。一维天线阵列可以在空域滤波中解决信源方向为一维波达方向的情况，一维波达方向为θk，其中k＝1,2,…,K表示第k个信源，其中θk表示第k个信源的来波方向。二维天线阵列是所有阵元分布在x-y平面上的阵列，可以在空域滤波中解决信源方向为二维波达方向的情况，二维波达方向为(θk,φk)，其中k＝1,2,…,K表示第k个信源，其中θk和φk分别表示第k个信源的俯仰角与方位角。四阶累积量是高阶统计量的一种，描述了随机过程的数字特征，其应用在阵列天线中可以扩展出虚拟阵元，增加阵列天线的有效数量，提升天线阵列自由度，从而可以利用新产生的阵元去产生更多的零陷，即抗更多的干扰。二维天线阵列在工作过程中，会接收来自空间中的窄带远场信号，包括期望信号和干扰信号。期望信号是希望接收的信号，干扰信号则是需要在空域滤波过程中滤除的信号。零陷指使用算法在干扰信号处将干扰信号的幅值增益降到一个很低的水平，与此同时，期望信号方向处的幅值增益不会受到影响,从而达到抑制干扰信号的目的。目前，都是针对于一维天线阵列使用四阶累积量进行扩展，之后再进行空域滤波，若直接对二维天线阵列进行空域滤波处理，则当干扰信号与期望信号数量之和大于二维天线阵列的阵元数目时，空域滤波会完全失效。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法，包括：获取二维天线阵列的接收信号和期望信号；根据所述二维天线阵列的接收信号，构建四阶累积量矩阵；根据所述期望信号对所述二维天线阵列进行扩展，得到扩展后的阵列导向矢量矩阵；根据所述四阶累积量矩阵和所述扩展后的阵列导向矢量矩阵，计算空域滤波最优权系数；根据所述空域滤波最优权系数对所述接收信号进行空域滤波。在本专利技术的实施例中，所述获取二维天线阵列的接收信号和期望信号，包括：获取所述二维天线阵列中每一根天线的接收信号矢量，其中，第i根天线的接收信号矢量为xi(t)，i＝1，2，…，N，N表示所述二维天线阵列的阵元个数；获取所述期望信号的二维波达方向(θ0,φ0)。在本专利技术的实施例中，所述根据所述二维天线阵列的接收信号，构建四阶累积量矩阵，包括：根据所述二维天线阵列每一根天线的接收信号矢量，构建所述二维天线阵列的接收信号矩阵X：X＝[x1(t),x2(t),…,xi(t),…xN(t)]T其中，xi(t)为第i根天线的接收信号矢量，T表示转置；根据所述接收信号矩阵X构建所述四阶累积量矩阵Cx：其中，H表示共轭转置，*表示复共轭，表示克罗内克积，E表示求期望。在本专利技术的实施例中，所述根据所述期望信号对所述二维天线阵列进行扩展，得到扩展后的阵列导向矢量矩阵，包括：根据所述期望信号的二维波达方向(θ0,φ0)，构建期望信号导向矢量矩阵A：A＝a(θ0,φ0)其中，a(θ0,φ0)表示所述期望信号的方向矢量；根据所述期望信号导向矢量矩阵A对所述二维天线阵列进行扩展，构建扩展后的阵列导向矢量矩阵B：其中，*表示复共轭，表示克罗内克积Kronecker。在本专利技术的实施例中，所述期望信号的方向矢量a(θ0,φ0)为：其中，(xn，yn)表示所述二维天线阵列的第n个阵元的二维空间坐标，λ表示所述期望信号的波长，j表示虚数单位，N表示所述二维天线阵列的阵元个数。在本专利技术的实施例中，所述空域滤波最优权系数wopt的计算公式为：其中，Cx-1表示Cx的逆矩阵，H表示共轭转置，F＝[1]为一阶单位矩阵。在本专利技术实施例中，所述根据所述空域滤波最优权系数对所述接收信号进行空域滤波，包括：用得到的所述空域滤波最优权系数对所述二维天线阵列的接收信号进行加权，得到空域滤波后的输出信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术对二维天线阵列进行了扩展，展宽了二维天线阵列的有效孔径，并扩展出虚拟阵元，增加了二维天线阵列的有效阵元的数目，突破了传统的二维天线阵列空域滤波方法中对入射信号数目的限制，提升了二维天线阵列的自由度。2.本专利技术基于四阶累积量完成空域滤波后，形成的零陷更深，对干扰信号的抑制效果更好。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是本专利技术实施例的一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法的流程图；图2是传统的二维天线阵列空域滤波方法仿真形成的俯仰角零陷图；图3是传统的二维天线阵列空域滤波方法仿真形成的方位角零陷图；图4是传统的二维天线阵列空域滤波方法仿真形成的三维零陷图；图5是本专利技术实施例的二维天线阵列空域滤波方法仿真形成的俯仰角零陷图；图6是本专利技术实施例的二维天线阵列空域滤波方法仿真形成的方位角零陷图；图7是本专利技术实施例的二维天线阵列空域滤波方法仿真形成的三维零陷图。具体实施方式为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本专利技术提出的一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法进行详细说明。有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本专利技术的技术方案加以限制。请参见图1，图1是本专利技术实施例的一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法的流程图，如图所示，本实施例的一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法，包括：S1：获取二维天线阵列的接收信号和期望信号；S2：根据所述二维天线阵列的接收信号，构建四阶累积量矩阵；S3：根据所述期望信号对所述二维天线阵列进行扩展，得到扩展后的阵列导向矢量矩阵；S4：根据所述四阶累积量矩阵和所述扩展后的阵列导向矢量矩阵，计算空域滤波最优权系数；S5：根据所述空域滤波最优权系数对所述接收信号进行空域滤波。进一步的，所述S1包括：S11：获取所述二维天线阵列中每一根天线的接收信号矢量，其中，第i根天线的接收信号矢量为xi(t)，i＝1，2，…，N，N表示所述二维天线阵列的阵元个数；具体的，天线阵列是由许多相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统，组成天线阵列的独立单元称为阵元。S12：获取所述期望信号的二维波达方向(θ0,φ0)。具体的，波达方向是指空间信号的到达方向，即各个信号到达阵列参考阵元的方向角。所述期望信号的二维波达方向用(θ0,φ0)表示，其中θ0和φ0分别表示所述期望信号的俯仰角与方位角。二维天线阵列在工作过程中，会接收来自空间中的窄带远场信号，包括期望信号和干扰信号。期望信号是希望接收的信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法，其特征在于，包括：获取二维天线阵列的接收信号和期望信号；根据所述接收信号，构建四阶累积量矩阵；根据所述期望信号对所述二维天线阵列进行扩展，得到扩展后的阵列导向矢量矩阵；根据所述四阶累积量矩阵和所述阵列导向矢量矩阵，计算空域滤波最优权系数；根据所述空域滤波最优权系数对所述接收信号进行空域滤波。

【技术特征摘要】
1.一种基于四阶累积量的二维天线阵列空域滤波方法，其特征在于，包括：获取二维天线阵列的接收信号和期望信号；根据所述接收信号，构建四阶累积量矩阵；根据所述期望信号对所述二维天线阵列进行扩展，得到扩展后的阵列导向矢量矩阵；根据所述四阶累积量矩阵和所述阵列导向矢量矩阵，计算空域滤波最优权系数；根据所述空域滤波最优权系数对所述接收信号进行空域滤波。2.根据权利要求1所述的二维天线阵列空域滤波方法，其特征在于，所述获取二维天线阵列的接收信号和期望信号，包括：获取所述二维天线阵列中每一根天线的接收信号矢量，其中，第i根天线的接收信号矢量为xi(t)，i＝1，2，…，N，N表示所述二维天线阵列的阵元个数；获取所述期望信号的二维波达方向(θ0,φ0)。3.根据权利要求2所述的二维天线阵列空域滤波方法，其特征在于，所述根据所述二维天线阵列的接收信号，构建四阶累积量矩阵，包括：根据所述接收信号矢量，构建所述二维天线阵列的接收信号矩阵X：X＝[x1(t),x2(t),…,xi(t),…xN(t)]T其中，xi(t)表示第i根天线的接收信号矢量，T表示转置；根据所述接收信号矩阵X构建所述四阶累积量矩阵Cx：其中，H表示共轭转置，*表示复共轭，表示克罗内克积，E表示求期望。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：相征，李桥，任鹏，常子豪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61