基于虚拟域空间功率谱估计的互质阵列自适应波束成形方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟域空间功率谱估计的互质阵列自适应波束成形方法，主要解决现有技术中自由度性能受限的问题，其实现步骤是：(1)基站端架构互质阵列；(2)利用互质阵列接收信号并建模；(3)获得虚拟阵列等价接收信号；(4)计算互质阵列虚拟域空间功率谱；(5)期望信号导引向量重建；(6)干扰加噪声协方差矩阵积分重建；(7)计算波束成形器权重矢量。本发明专利技术充分利用了互质阵列能够增加自由度的优势，在虚拟域计算空间功率谱以进行参数估计，并结合重建的思想实现对互质阵列物理天线阵元权重矢量的设计，有效地提升了波束成形器的自由度性能，可用于信号的定向发送与接收。

Adaptive beam forming method of virtual array coprime space based on power spectral estimation

The invention discloses a method for forming virtual space array coprime adaptive beamforming based on power spectral estimation, mainly to solve the degree of freedom limited performance problem in the prior art, the steps are: (1) the base station architecture coprime array; (2) receiving signals and modeling using coprime array; (3) to obtain the virtual array the equivalent received signal; (4) to calculate the spatial power spectrum of virtual domain coprime array; (5) the desired signal steering vector reconstruction; (6) the interference plus noise covariance matrix integral reconstruction; (7) calculating the beamforming weight vector. The invention makes full use of the array can increase the degree of freedom of the prime advantage of computing the spatial power spectrum to estimate the parameters in the virtual domain, and realize the design of Coprime array physical antenna array element weight vector combined with reconstruction of thought, effectively enhance the degree of freedom performance of beamformers, can be used for directional transmitting signal and receiving.

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟域空间功率谱估计的互质阵列自适应波束成形方法
本专利技术属于信号处理
，尤其涉及对雷达信号、声学信号及电磁信号的波束成形，具体是基于虚拟域空间功率谱估计的互质阵列自适应波束成形方法，可用于信号的定向发送与接收。
技术介绍
波束成形是阵列信号处理领域中的一个重要分支。以接收端为例，波束成形通过天线技术和各类数字信号处理技术的结合，对多天线阵元接收到的各路信号进行权值累加，以增强期望信号的阵列增益并抑制干扰和噪声。自适应波束成形能够根据外部环境调整波束成形权重矢量，以保证系统的稳定性和鲁棒性，在雷达、声呐、语音和无线通信等领域均有着重要的应用价值。波束成形的自由度是指其能够同时处理某个区域内信号源的个数，包括期望信号方向的主瓣对准和干扰方向的零陷形成。随着无线通信需求的不断增长和用户数量的不断增加，波束成形的自由度不但直接关系到整体系统的复杂度，更影响着波束成形的输出性能。现有的自适应波束成形方法通常采用均匀阵列进行信号的接收与处理，且一个常见假设为空间域中包含一个期望信号和两个干扰。但是，这种假设在超密集蜂窝小区、多目标雷达网络等实际应用中显然是不成立的；此外，采用均匀阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟域空间功率谱估计的互质阵列自适应波束成形方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)基站端使用2M+N‑1个物理天线阵元，按照互质阵列结构进行架构；其中M与N为互质整数，且M<N。(2)采用互质阵列接收D+1个远场窄带非相干信号源的入射信号，得到(2M+N‑1)×1维互质阵列接收信号y(l)。假定D+1个信号源包含一个期望信号

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟域空间功率谱估计的互质阵列自适应波束成形方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)基站端使用2M+N-1个物理天线阵元，按照互质阵列结构进行架构；其中M与N为互质整数，且M<N。(2)采用互质阵列接收D+1个远场窄带非相干信号源的入射信号，得到(2M+N-1)×1维互质阵列接收信号y(l)。假定D+1个信号源包含一个期望信号和D个干扰θ1,θ2,…,θD，y(l)可建模为：y(l)＝ys(l)+yi(l)+yn(l)，其中，yi(l)和yn(l)分别为相互统计独立的期望信号分量、干扰分量和噪声分量，为期望信号的互质阵列导引向量，s(l)为信号波形。根据L个采样快拍，互质阵列接收信号的采样协方差矩阵可计算为：其中(·)H表示共轭转置。(3)向量化得到虚拟阵列等价接收信号z：其中，为(2M+N-1)2×(D+1)维虚拟阵列导引矩阵，包含期望信号的功率和D个干扰的功率为噪声功率，e＝vec(I2M+N-1)。这里，vec(·)表示向量化操作，即把矩阵中的各列按序堆叠成一个新的向量，(·)*和(·)T分别表示共轭和转置操作，表示克罗内克积，I2M+N-1表示(2M+N-1)×(2M+N-1)维单位矩阵。向量z对应的虚拟阵列中各虚拟阵元的位置为其中p1,p2,…,p2M+N-1表示互质阵列物理天线阵元的实际位置。集合中包含一个虚拟阵元位置由-MNd到MNd连续的均匀虚拟子阵列，d为入射窄带信号波长λ的一半，该均匀虚拟子阵列的等价虚拟接收信号可通过选取向量z中相应虚拟阵元位置上的元素获得，可建模为：其中表示虚拟阵元位置为-MNd到MNd的(2MN+1)×(D+1)维均匀虚拟子阵列导引矩阵，包含e中相应虚拟阵元位置上的元素。(4)根据构造一个Toeplitz结构的虚拟域协方差矩阵Rv：其中表示位置为kd的虚拟阵元所对应的等价虚拟接收信号。为了保证协方差矩阵的正定性，(MN+1)×(MN+1)维均匀虚拟子阵列的等价接收信号协方差矩阵可通过取的主平方根获得。相应地，互质...

【专利技术属性】
技术研发人员：史治国，周成伟，陈积明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33