稀疏波束图综合设计方法技术
Sparse beam pattern synthesis design method
The invention discloses a sparse beam pattern synthesis method, in particular: Step 1, in the actual array signal system, according to the design requirements, based on the p norm (0< p< 2) for weight optimization target model sparse constraint, and according to the requirements set the width of the main lobe width and the side lobe, ripple limit constraints step 2, to step 1; after the completion of the non convex optimization model to iterative sparse weight coefficient W method using alternating multiplier method; step 3 step, using sparse weight coefficients of W 2 are combined with computer simulation software to make beam whose invention beam pattern synthesis design method of sparse solution according to design requirements. The limitations of the existing technology and accuracy, and reduce the actual array system complexity and cost of practical application.
【技术实现步骤摘要】
稀疏波束图综合设计方法
本专利技术属于阵列信号处理方法
，具体涉及一种稀疏波束图综合设计方法。
技术介绍
近年来，阵列信号处理技术在无线通信领域应用广泛，其中一个重要部分就是波束形成技术，其实质是通过对各阵元加权进行空域滤波，来达到增强期望信号及抑制干扰的目的。波束图综合设计技术是阵列信号处理领域的关键技术，已广泛应用于雷达、声呐、电子监视及地震探测等领域。当期望来波方向估计不精确或不明确时，就可以通过控制辐射波束图的主瓣波束宽度和响应纹波来提高估计的鲁棒性。传统的波束图合成方法并不能完全任意的设计旁瓣下界或者仅仅能应用在均匀间隔的阵列中，抑或不能精确的控制波束合成要求。另外，对于波束合成，要尽可能使用少量天线，来减轻重量、节省成本以及减少阵列系统的复杂度。因此，稀疏波束图综合设计技术在实际应用中有很多优势，克服了传统合成方法的缺点，可以精确设计任意旁瓣要求并且减少了实际应用的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稀疏波束图综合设计方法，解决了现有技术中存在的局限性和不精确性，并且降低了实际阵列系统的复杂度及实际应用的成本。本专利技术所采用的技术方案是，稀疏波束图综合设计方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、在实际阵列信号系统中，依据设计要求，建立以p范数0<p<2为稀疏约束的权值优化目标模型，并依据要求设置主瓣宽度，纹波宽度以及旁瓣限制的约束条件；步骤2、待步骤1完成后，针对得到的非凸优化模型，采用交替方法乘子法来迭代求出稀疏权值系数w；步骤3、利用步骤2得到的稀疏权值系数w并结合计算机内的仿真软件，按照设计要求作出波束图。本专利...
【技术保护点】
稀疏波束图综合设计方法，其特征在于，具体按照以下方法实施：步骤1、在实际阵列信号系统中，依据设计要求，建立以p范数0<p<2为稀疏约束的权值优化目标模型，并依据要求设置主瓣宽度，纹波宽度以及旁瓣限制的约束条件；步骤2、待步骤1完成后，针对得到的非凸优化模型，采用交替方法乘子法来迭代求出稀疏权值系数w；步骤3、利用步骤2得到的稀疏权值系数w并结合计算机内的仿真软件，按照设计要求作出波束图。
【技术特征摘要】
1.稀疏波束图综合设计方法，其特征在于，具体按照以下方法实施：步骤1、在实际阵列信号系统中，依据设计要求，建立以p范数0<p<2为稀疏约束的权值优化目标模型，并依据要求设置主瓣宽度，纹波宽度以及旁瓣限制的约束条件；步骤2、待步骤1完成后，针对得到的非凸优化模型，采用交替方法乘子法来迭代求出稀疏权值系数w；步骤3、利用步骤2得到的稀疏权值系数w并结合计算机内的仿真软件，按照设计要求作出波束图。2.根据权利要求1所述的稀疏波束图综合设计方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下方法实施：对于一维阵列，有N个传感器，则在角度θ方向上的波束模式具体如下：p(θ)＝wHa(θ)(1)；在式(1)中：w＝[w1w2,…wN]T为权值向量，a(θ)＝[a1(θ),…,aN(θ)]T为导向矢量；设定将主瓣区域均匀划分为M个角度，其宽度为：{θ1,…,θm}，m＝1,…,M，则主瓣纹波宽度约束具体为：1-ε≤|wHa(θm)|2≤1+ε(2)；在式(2)中：ε为纹波系数；同理，设定将旁瓣区域被均匀划分为S个角度，其宽度为则旁瓣上界约束具体如下：式(3)中，η为上界系数；建立如下稀疏约束的权重优化目标模型，具体如下：3.根据权利要求1所述的稀疏波束图综合设计方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、根据ADMM算法，引入辅助变量um,vs，则式(4)变形为如下形式：构造如下的拉格朗日函数：其中ρ是迭代步长，是拉格朗日乘子，分别为取复数实部和虚部；步骤2.2、进行优化处理，具体按照以下步骤实施：步骤①、固定由如下算法求解出vs,um，具体算法如下：将式(6)简化为如下形式：在式(7)中：将式(7)用复数形式表示为如下形式：在式(9)中：显然，式(9)能分解为M+S个子问题来求解，具体如下：和对式(12)进行分解，设定式(12)的最小值点在|um|2＝μ处，μ是区间[1-ε,1+ε]处的常数，则目标函数表示为如下形式：在式(14)中：(·)*是满足KKT条件的平衡点；式(14)表明最优点um与xm同相位且幅值为即：将式(15)代入式(14)中，则将式(12)优化为如下形式：式(16)的解具体如下：将式(17)代入式(15)，则得到如下形式：同理，得到式(13)的解具体如下：步骤②、固定um(t+1),vs(t+1)，由如下算法求解出w：
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