一种基于张量的极化-空域波束形成抗干扰方法技术

本发明专利技术提供了一种基于张量的极化‑空域波束形成抗干扰方法，张量模型能够更加直观的表征极化敏感阵列的极化域和空域信息，将极化‑空域模型转化为低阶模型，运用张量的定义分别得到空域和极化域的展开矩阵，进一步得到了空域和极化域的张量权值表示形式。本发明专利技术克服了四元数形式算法的不可交换性，提高了算法的抗干扰性能使得新发明专利技术的应用前景更广泛，张量形式的方法处理能够有效的降低算法的运算量使得方法的实时性得到了提高，张量方法能够更加直观的表征极化敏感阵列的极化域和空域信息，使得系统的稳健性和抗干扰性能得到了提升。

A Tensor-based Polarization-Spatial Beamforming Anti-jamming Method

The invention provides a tensor-based polarization-spatial beamforming anti-jamming method. Tensor model can more intuitively represent the polarization domain and spatial domain information of polarization sensitive array. The polarization-spatial domain model is transformed into a low-order model. The expansion matrices of spatial domain and polarization domain are obtained by using the definition of tensor, and the tensor weights of spatial domain and polarization domain are further obtained. Type. The invention overcomes the non-commutativity of quaternion-based algorithm, improves the anti-interference performance of the algorithm, and makes the application prospect of the new invention wider. Tensor-based method processing can effectively reduce the computational complexity of the algorithm, and improves the real-time performance of the method. Tensor method can more intuitively represent the polarization domain and spatial domain information of the polarization sensitive array, thus making the system stable. Robustness and anti-jamming performance have been improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于张量的极化-空域波束形成抗干扰方法
本专利技术涉及一种波束形成抗干扰方法，属与自适应阵列信号处理领域。
技术介绍
自适应阵列信号处理技术的信号采集是由不同形式的空间阵列得到的，对空间中信号的有效获取是进行后续信号处理的关键步骤，自适应阵列信号处理是通过波束形成的方式完成的，因此不同的波束形成算法会导致抗干扰性能出现较大的差异。该技术的自适应性表明了它能够不关注干扰的来向等信息，却能将干扰自适应地抑制掉。这种技术广泛的运用于雷达、通信、导航等众多军事及国民经济领域，对国家经济和军事的发展具有非常重大的作用。对于极化敏感阵列来说，传统的长矢量形式波束形成方法通常是在复数域进行处理，并没有表示出这些分量之间的正交关系，它只是将阵元输出信号简单的进行排列从而得到了一种长矢量的输出形式，这会在一定程度上造成算法性能的损失，四元数形式的算法虽然保证了输出信号间的正交特性，但是四元代数的方法存在不完备性，使得四元数形式方法的灵活性受到了限制，此外，在阵元数量较多时上述算法的计算量和复杂度将会大大增加。由于空间阵列接收信号的多维度特性，多维信号处理已经逐渐的在信号处理中推广开来，尤其是应用在极化敏感阵列中。近些年，得益于张量固有的多维特性，用张量来进行多维信号的处理受到了广泛的关注。由矢量传感器接收到的信号，其极化域和空域的信息能够通过张量代数模型更加直观的表示处理，更容易进行矩阵运算，能够很好的进行干扰的抑制并且减少运算的复杂度，因此张量理论在极化敏感阵列波束形成
将会有广阔的应用前景。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于张量的极化敏感阵列波束形成抗干扰方法，张量模型能够更加直观的表征极化敏感阵列的极化域和空域信息，将极化-空域模型转化为低阶模型，运用张量的定义分别得到空域和极化域的展开矩阵，进一步得到了空域和极化域的张量权值表示形式。本专利技术减少了计算复杂度、降低了运算量并且有效地提高了抗干扰性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：a)假设一个极化敏感阵列阵元数为N均匀排列成直线阵，如果有M个远场窄带期望信号，其空间极化域参数为(θm,φm,γm,ηm)，1≤m≤M，θ,φ,γ,η分别表示方位角、俯仰角、极化辅助角、极化相位差，L个干扰信号其空间极化域参数为(θl,φl,γl,ηl)，1≤l≤L，给定初始信噪比和干噪比；b)阵列的采样快拍数为K，将采样后的数据进行张量形式转化得到c)由张量定义得到空域信号展开矩阵和极化域展开矩阵Xs和Xp，×n表示张量的n-模积，ap(θ,φ,γ,η)和as(θ,φ)分别表示极化域导向矢量和空域导向矢量；d)计算空域和极化域展开矩阵的协方差矩阵和e)求得空域和极化域的权值和f)将权值同张量信号进行加权处理，得到波束形成抗干扰处理后的输出信号本专利技术的有益效果是：首先克服了四元数形式算法的不可交换性，提高了算法的抗干扰性能使得新专利技术的应用前景更广泛，其次张量形式的方法处理能够有效的降低算法的运算量使得方法的实时性得到了提高，最后张量方法能够更加直观的表征极化敏感阵列的极化域和空域信息，使得系统的稳健性和抗干扰性能得到了提升。附图说明图1是基于张量的极化-空域波束形成抗干扰方法流程图；图2是阵元排布方式图；图3是在K＝128时，基于张量的极化-空域波束形成方法的方向图仿真效果图；图4是在K＝128时，四元数形式方法与张量形式方法的输出信干噪比对比仿真图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术提出了一种基于张量的极化-空域波束形成抗干扰方法，具体的流程图如图1所示，包括以下步骤：a)假设一个极化敏感阵列阵元数为N均匀排列成直线阵，如果有M个远场窄带期望信号，其空间极化域参数为(θm,φm,γm,ηm)，1≤m≤M，θ,φ,γ,η分别表示方位角、俯仰角、极化辅助角、极化相位差，L个干扰信号其空间极化域参数为(θl,φl,γl,ηl)，1≤l≤L，给定初始信噪比和干噪比。b)阵列的采样快拍数为K，将采样后的数据进行张量形式转化得到c)由张量定义得到空域信号展开矩阵和极化域展开矩阵Xs和Xp为：上式中，×n表示张量的n-模积，ap(θ,φ,γ,η)和as(θ,φ)分别表示极化域导向矢量和空域导向矢量。d)根据c)中的空域和极化域展开矩阵得到其展开矩阵的协方差矩阵分别为：e)根据d)中的协方差矩阵求得空域和极化域的权值分别为：f)将e)中得到的权值同张量信号进行加权处理，即可以得到波束形成抗干扰处理后的输出信号，即上式中×n表示张量的n-模积。本实例的阵元排布方式如图2所示，阵元间距为半波长，一个期望信号极化空域参数为(80°,-20°，30°,-10°)，三个干扰的极化空域参数为(80°,-20°，30°,0°)，(80°,50°，30°,-10°)，(80°,-30°，30°,-40°)，设定输入的信噪比SNR为0dB，输入的干噪比INR都为80dB，执行以下步骤：步骤一：阵列的采样快拍数为128，将采样后的数据进行张量形式转化得到步骤二：由张量定义得到空域信号展开矩阵和极化域展开矩阵Xs和Xp为：上式中，×n表示张量的n-模积，ap(θ,φ,γ,η)和as(θ,φ)分别表示极化域导向矢量和空域导向矢量。步骤三：根据步骤二中的空域和极化域展开矩阵得到其展开矩阵的协方差矩阵分别为：步骤四：根据步骤三中的协方差矩阵求得空域和极化域的权值分别为：步骤五：将步骤四中得到的权值同张量信号进行加权处理，即可以得到波束形成抗干扰处理后的输出信号，即图3和图4分别为在K＝128时，基于张量的极化-空域波束形成方法的方向图仿真效果图和四元数形式方法与张量形式方法的输出信干噪比对比仿真图，由图三可以看出，波束方向图在俯仰角和极化椭圆角分别为(-20°，0°)、(50°，-10°)、(-30°，-40°)处产生了-90.05dB、-90.47dB和-94.68dB大小的零陷，该零陷的位置正是干扰所处的位置，说明该方法将三个干扰成功的抑制掉，从图4可以看出，张量形式的方法比四元数形式方法的输出信噪比要高，说明了张量形式方法抗干扰效果的优异性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于张量的极化‑空域波束形成抗干扰方法，其特征在于包括下述步骤：a)假设一个极化敏感阵列阵元数为N均匀排列成直线阵，如果有M个远场窄带期望信号，其空间极化域参数为(θm,φm,γm,ηm)，1≤m≤M，θ,φ,γ,η分别表示方位角、俯仰角、极化辅助角、极化相位差，L个干扰信号其空间极化域参数为(θl,φl,γl,ηl)，1≤l≤L，给定初始信噪比和干噪比；b)阵列的采样快拍数为K，将采样后的数据进行张量形式转化得到

【技术特征摘要】
1.一种基于张量的极化-空域波束形成抗干扰方法，其特征在于包括下述步骤：a)假设一个极化敏感阵列阵元数为N均匀排列成直线阵，如果有M个远场窄带期望信号，其空间极化域参数为(θm,φm,γm,ηm)，1≤m≤M，θ,φ,γ,η分别表示方位角、俯仰角、极化辅助角、极化相位差，L个干扰信号其空间极化域参数为(θl,φl,γl,ηl)，1≤l≤L，给定初始信噪比和干噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伶，黄朋飞，谢坚，陶明亮，张兆林，汪跃先，粟嘉，韩闯，刘龙，宫延云，杨欣，邢自健，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61