一种可抑制多个非稳定次高斯干扰的波束形成方法技术

本发明专利技术公开了一种可抑制多个非稳定次高斯干扰的波束形成方法，属于自适应阵列信号处理领域的波束形成技术。本发明专利技术首先将干扰抑制问题转化为带约束的优化问题；然后基于优化理论，设计求解算法获取波束形成器最优权向量。本发明专利技术可有效解决水声通信环境中，存在多个干扰源的情况，并且，当干扰源位置波动、特性为次高斯干扰时，本发明专利技术能获得更高的输出SINR性能，且本发明专利技术波束形成方法收敛更快，稳健性更强。

【技术实现步骤摘要】
一种可抑制多个非稳定次高斯干扰的波束形成方法
本专利技术属于水声阵列信号处理领域，更具体地，涉及一种可抑制多个非稳定次高斯干扰的波束形成方法。
技术介绍
声波是目前实现水下中远距离传播的唯一信息载体，被广泛应用到水下通信领域。声波在水下中远距离传播时，会受到很大的人为或者自然带来的噪声干扰。波束形成方法可有效抑制干扰和噪声给信号带来的影响，提高数据传输的可靠性和有效性。其中，基于最小方差无畸变响应(MinimumVarianceDistortionlessResponse，MVDR)的波束形成算法应用最为广泛，提出了采样矩阵协方差求逆(SampleMatrixInversion,SMI)自适应波束形成技术；但是其性能受DOA(DirectionofArrival，DOA)的影响。另外，基于LCMV(LinearlyConstrainedMinimum-Variance，LCMV)的波束形成算法性能在一定程度上不受限于信号DOA误差的大小。但在实际水声环境中，存在多个干扰源且干扰源的DOA随时间迅速变化时，上述算法均无法适用。最小功率无畸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可抑制多个非稳定次高斯干扰的波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取待处理的含非稳定次高斯干扰水声信号；/nS2：建立水声信号阵列接收模型，并将波束形成问题建模为约束优化问题；/nS3：设计求解算法，获得波束形成器最优权向量；/nS4：利用S3得到的波束形成器最优权向量对S1中的非稳定次高斯干扰水声信号进行波束形成，最终得到期望信号的估计。/n

【技术特征摘要】
1.一种可抑制多个非稳定次高斯干扰的波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取待处理的含非稳定次高斯干扰水声信号；
S2：建立水声信号阵列接收模型，并将波束形成问题建模为约束优化问题；
S3：设计求解算法，获得波束形成器最优权向量；
S4：利用S3得到的波束形成器最优权向量对S1中的非稳定次高斯干扰水声信号进行波束形成，最终得到期望信号的估计。


2.如权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，上述步骤S1具体为：
假设水声信号接收机为均匀线阵，接收基阵阵元个数为m，期望信号SOI为远场、窄带信号，各通道噪声为彼此独立的加性噪声，存在j个干扰源；阵列输出x(n)＝[x1(n),x2(n),...,xm(n)]T可以表示为：



其中，(·)T表示转置，是j个干扰源，s0(n)是期望信号，s0(n)和si(n)均是包含随机相位和幅度的随机变量，θ0和θi分别是SOI和第i个干扰信号的DOA，α(θ0)和α(θi)分别是m×1的SOI和第i个干扰信号的导向矢量，α(θ)＝[1,ej(2π/ξ)dsinθ,...,ej(m-1)(2π/ξ)dsinθ]T，ζ为信号波长，d为阵元间距，e(n)＝[e1(n),e2(n)…em(n)]T为各阵元处加性噪声。


3.如权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，上述步骤S2具体为：
S2-1：波束形成器输出信号如下式所示：
y(n)＝wHx(n)
其中(·)H表示共轭转置，w为m×1维波束权矢量；
S2-2：建立约束优化问题
首先，波束响应被约束在期望信号的方向上为1，即：
wHα(θ0)＝1
然后考虑干扰源将其最大输出功率限制为：
wHQiw≤ηi，i＝1,2,...,j
其中由第i个干扰源的DOA在变化范围[θimin,θimax]服从的概率密度函数f(θi)决定，ηi是第i个干扰源的方向上的波束能量输出阈值；
目标函数表示为：



其中||·||p为求lp范数，当p>2时，适合处理次高斯信号；然后通过求解以下约束优化问题得到：



s.t.wHα(θ0)＝1
wHQiw≤ηii＝1,2,...,j
其中j是干扰源的数量；
S2-3：约束优化问题化简
目标函...

【专利技术属性】
技术研发人员：王景景，李嘉恒，杨星海，董新利，李海涛，施威，郭瑛，杨清，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37