雷达天线阵列的自适应波束形成方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了雷达天线阵列的自适应波束形成方法和系统，包括：获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号；根据快拍采样接收信号得到雷达天线阵列的采样协方差矩阵；获取Capon波束形成器的波束形成矢量，波束形成矢量包括期望信号导向矢量；对采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵；对期望信号导向矢量进行修正，得到修正的期望信号；根据重构的干扰加噪声协方差矩阵和修正的期望信号，得到雷达天线阵列的加权矢量；根据加权矢量和快拍采样接收信号得到雷达天线阵列的自适应波束，该算法简捷，可以提高雷达天线阵列的自适应波束形成的抗干扰能力和稳健性。

【技术实现步骤摘要】
雷达天线阵列的自适应波束形成方法和系统
本专利技术涉及数字信号
，尤其是涉及雷达天线阵列的自适应波束形成方法和系统。
技术介绍
波束形成是阵列信号处理领域的一个重要的研究内容，广泛应用于雷达、声呐、无线通信、语音信号处理、医疗成像、地震学等领域。近年来随着5G通信技术的迅猛发展，作为其中的一项关键技术，阵列天线波束形成，尤其是针对大规模阵列天线的波束形成研究成为了一大热点。在众多自适应波束形成的算法中，Capon波束形成算法由于具有性能良好、表达形式灵活的优点因而备受研究者青睐。但是该算法只有在特定的情形下才具有良好的性能，即该算法需要对阵型、信号模型等作出一些假设，当假定的条件不满足时，其性能将会严重下降。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供雷达天线阵列的自适应波束形成方法和系统，该算法简捷，可以提高雷达天线阵列的自适应波束形成的抗干扰能力和稳健性。第一方面，本专利技术实施例提供了一种雷达天线阵列的自适应波束形成方法，所述方法包括：获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号；根据所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的采样协方差矩阵；获取Capon波束形成器的波束形成矢量，所述波束形成矢量包括期望信号导向矢量；对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵；对所述期望信号导向矢量进行修正，得到修正的期望信号；根据所述重构的干扰加噪声协方差矩阵和所述修正的期望信号，得到所述雷达天线阵列的加权矢量；根据所述加权矢量和所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的自适应波束。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号，包括：获取雷达天线阵列的期望信号、干扰信号和噪声信号；根据所述期望信号、所述干扰信号和所述噪声信号，构建所述快拍采样接收信号。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据所述期望信号、所述干扰信号和所述噪声信号，构建所述快拍采样接收信号，包括：根据下式计算所述快拍采样接收信号：x(k)＝s(k)+i(k)+n(k)其中，x(k)为所述快拍采样接收信号，s(k)为所述期望信号，i(k)为所述干扰信号，n(k)为所述噪声信号，k为采样快拍数。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵，包括：对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵和第二特征向量矩阵；根据噪声信号的平均能量，将所述第一特征值对角矩阵修正为第一特征值对角矩阵估计值；根据所述第一特征值对角矩阵估计值、所述第一特征向量矩阵、所述第二特征值对角矩阵和所述第二特征向量矩阵，得到所述重构的干扰加噪声协方差矩阵。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述根据所述第一特征值对角矩阵估计值、所述第一特征向量矩阵、所述第二特征值对角矩阵和所述第二特征向量矩阵，得到所述重构的干扰加噪声协方差矩阵，包括：根据下式计算所述重构的干扰加噪声协方差矩阵：其中，Rre为所述重构的干扰加噪声协方差矩阵，为所述第一特征值对角矩阵估计值，Es为所述第一特征向量矩阵，Λn为所述第二特征值对角矩阵，En为所述第二特征向量矩阵，(·)H为厄米特Hermitian转置。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述获取Capon波束形成器的波束形成矢量，包括：将所述Capon波束形成器表示为求解加权矢量最小值；根据拉格朗日算子，在约束条件下计算所述加权矢量最小值，其中，所述约束条件为所述加权矢量的厄米特Hermitian转置和期望信号导向矢量的乘积为1；所述加权矢量最小值为所述波束形成矢量。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述根据所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的采样协方差矩阵，包括：根据下式计算所述采样协方差矩阵：其中，Rx为所述采样协方差矩阵，x(k)为所述拍采样接收信号，k为采样快拍数，K为采样快拍总数，(·)H为厄米特Hermitian转置。第二方面，本专利技术实施例还提供雷达天线阵列的自适应波束形成系统，所述系统包括：第一获取单元，用于获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号；第二获取单元，用于根据所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的采样协方差矩阵；第三获取单元，用于获取Capon波束形成器的波束形成矢量，所述波束形成矢量包括期望信号导向矢量；分解单元，用于对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵；修正单元，用于对所述期望信号导向矢量进行修正，得到修正的期望信号；第四获取单元，用于根据所述重构的干扰加噪声协方差矩阵和所述修正的期望信号，得到所述雷达天线阵列的加权矢量；第五获取单元，用于根据所述加权矢量和所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的自适应波束。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一获取单元，包括：获取雷达天线阵列的期望信号、干扰信号和噪声信号；根据所述期望信号、所述干扰信号和所述噪声信号，构建所述快拍采样接收信号。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述分解单元，包括：对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵和第二特征向量矩阵；根据噪声信号的平均能量，将所述第一特征值对角矩阵修正为第一特征值对角矩阵估计值；根据所述第一特征值对角矩阵估计值、所述第一特征向量矩阵、所述第二特征值对角矩阵和所述第二特征向量矩阵，得到所述重构的干扰加噪声协方差矩阵。本专利技术实施例提供了雷达天线阵列的自适应波束形成方法和系统，包括：获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号；根据快拍采样接收信号得到雷达天线阵列的采样协方差矩阵；获取Capon波束形成器的波束形成矢量，波束形成矢量包括期望信号导向矢量；对采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵；对期望信号导向矢量进行修正，得到修正的期望信号；根据重构的干扰加噪声协方差矩阵和修正的期望信号，得到雷达天线阵列的加权矢量；根据加权矢量和快拍采样接收信号得到雷达天线阵列的自适应波束，该算法简捷，可以提高雷达天线阵列的自适应波束形成的抗干扰能力和稳健性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的雷达天线阵列的自适应波束形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达天线阵列的自适应波束形成方法，其特征在于，所述方法包括：获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号；根据所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的采样协方差矩阵；获取Capon波束形成器的波束形成矢量，所述波束形成矢量包括期望信号导向矢量；对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵；对所述期望信号导向矢量进行修正，得到修正的期望信号；根据所述重构的干扰加噪声协方差矩阵和所述修正的期望信号，得到所述雷达天线阵列的加权矢量；根据所述加权矢量和所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的自适应波束。

【技术特征摘要】
1.一种雷达天线阵列的自适应波束形成方法，其特征在于，所述方法包括：获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号；根据所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的采样协方差矩阵；获取Capon波束形成器的波束形成矢量，所述波束形成矢量包括期望信号导向矢量；对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵；对所述期望信号导向矢量进行修正，得到修正的期望信号；根据所述重构的干扰加噪声协方差矩阵和所述修正的期望信号，得到所述雷达天线阵列的加权矢量；根据所述加权矢量和所述快拍采样接收信号得到所述雷达天线阵列的自适应波束。2.根据权利要求1所述的雷达天线阵列的自适应波束形成方法，其特征在于，所述获取雷达天线阵列的快拍采样接收信号，包括：获取雷达天线阵列的期望信号、干扰信号和噪声信号；根据所述期望信号、所述干扰信号和所述噪声信号，构建所述快拍采样接收信号。3.根据权利要求2所述的雷达天线阵列的自适应波束形成方法，其特征在于，所述根据所述期望信号、所述干扰信号和所述噪声信号，构建所述快拍采样接收信号，包括：根据下式计算所述快拍采样接收信号：x(k)＝s(k)+i(k)+n(k)其中，x(k)为所述快拍采样接收信号，s(k)为所述期望信号，i(k)为所述干扰信号，n(k)为所述噪声信号，k为采样快拍数。4.根据权利要求1所述的雷达天线阵列的自适应波束形成方法，其特征在于，所述对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到重构的干扰加噪声协方差矩阵，包括：对所述采样协方差矩阵进行特征值分解，得到第一特征值对角矩阵、第一特征向量矩阵、第二特征值对角矩阵和第二特征向量矩阵；根据噪声信号的平均能量，将所述第一特征值对角矩阵修正为第一特征值对角矩阵估计值；根据所述第一特征值对角矩阵估计值、所述第一特征向量矩阵、所述第二特征值对角矩阵和所述第二特征向量矩阵，得到所述重构的干扰加噪声协方差矩阵。5.根据权利要求4所述的雷达天线阵列的自适应波束形成方法，其特征在于，所述根据所述第一特征值对角矩阵估计值、所述第一特征向量矩阵、所述第二特征值对角矩阵和所述第二特征向量矩阵，得到所述重构的干扰加噪声协方差矩阵，包括：根据下式计算所述重构的干扰加噪声协方差矩阵：其中，Rre为所述重构的干扰加噪声协方差矩阵，为所述第一特征值对角矩阵估计值，Es为所述第一特征向量矩阵，Λn为所述第二特征值对角矩阵，En为所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：关志伟，石和平，张丽珠，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12