基于球不变约束和反对称的相控阵MIMO波束形成方法技术

本发明专利技术公开一种基于球不变约束和反对称的相控阵MIMO波束形成方法，其步骤为：(1)设置相控阵MIMO雷达结构，获得训练样本集；(2)获得反对称特性协方差矩阵；(3)建立相控阵MIMO波束形成的代价函数；(4)计算实际导向矢量的最优估计值；(5)计算波束形成的权矢量。本发明专利技术克服了现有技术对样本需求依赖性强、导向矢量方向角不精确的问题，具有有效降低样本需求量，在小样本条件下依然可以取得优良性能，并在观测数据与实际数据存在失配时的相控阵MIMO雷达波束形成性能更加稳健，使波束形成性能更加优良的优点。

Beamforming method of phased array MIMO based on sphere invariant constraint and antisymmetry

【技术实现步骤摘要】
基于球不变约束和反对称的相控阵MIMO波束形成方法
本专利技术属于雷达
，更进一步涉及相控阵MIMO雷达
中的基于球不变约束和反对称的相控阵MIMO雷达波束形成方法；本专利技术可用于雷达信号处理时观测数据存在失配误差的情况下，且可用训练样本较少时的相控阵MIMO雷达的波束形成方法。
技术介绍
相控阵MIMO雷达，通过在传统MIMO雷达的基础上进行子阵划分，形成的子阵内发射相干信号，子阵间发射相互正交信号，从而兼备MIMO雷达波形分集增益和相控阵雷达相干增益的优点。自适应波束形成，也称为空域自适应滤波，即通过在相控阵的接收端对空间阵元进行加权相加处理，抑制空间干扰和噪声，增强有用信号，以得到期望的输出结果。自适应求解阵元最优权失量的方法称为波束形成方法。自适应波束形成中需要用大量独立同分布的训练样本来估计协方差矩阵，所需要的样本数通常需大于协方差矩阵维数的两倍。而在实际应用中，由于干扰环境快速变化，可利用的训练样本数是有限的。此外，实际环境中还存在波形分裂、目标非相关散射、阵列误差等因素，造成实际导向矢量的误差，带来波束形成的性能下降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于球不变约束和反对称的相控阵MIMO波束形成方法，其特征在于，通过酉变换计算反对称协方差矩阵，实现对训练样本的降维；基于球不变约束设计波束形成的代价函数及约束条件，进而利用拉格朗日乘数法计算波束形成所需的最优权矢量；该方法的步骤包括如下：/n步骤1，生成训练样本集：/n第一步，按照下式，生成相控阵MIMO接收信号：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于球不变约束和反对称的相控阵MIMO波束形成方法，其特征在于，通过酉变换计算反对称协方差矩阵，实现对训练样本的降维；基于球不变约束设计波束形成的代价函数及约束条件，进而利用拉格朗日乘数法计算波束形成所需的最优权矢量；该方法的步骤包括如下：
步骤1，生成训练样本集：
第一步，按照下式，生成相控阵MIMO接收信号：



其中，y表示大小为NK×1的接收发射阵列发射的由目标信号、干扰信号和噪声信号构成的回波信号，N表示相控阵MIMO雷达的每个接收阵列的阵元总数，K表示相控阵MIMO雷达发射阵列的子阵总数，表示开平方根操作，M表示相控阵MIMO雷达结构每个发射阵列子阵中的阵元总数，βs表示目标信号在传播过程中由损耗形成的反射系数，βs的取值为大于0的任何数，u(θs)表示回波信号中方位角为θs的实际导向矢量，∑表示累加操作，D表示回波信号中干扰信号的总数，i表示回波信号中干扰信号的序号，βi表示第i个干扰信号在传播过程中由损耗形成的反射系数，βi取值为大于0的任何数，u(θi)表示回波信号中方位角为θi的第i个干扰信号的导向矢量，表示回波信号中的噪声信号；
第二步，将相控阵MIMO接收信号进行L次快拍，将所有快拍信号组成训练样本集，其中，L取值大于等于NK；
步骤2，获得反对称协方差矩阵：
按照下式，利用实际协方差矩阵的反对称性结构特性，计算反对称协方差矩阵



其中，real(.)表示取实部操作，T表示酉变换矩阵，表示对训练样本集进行最大似然估计得到的采样协方差矩阵，H表示共轭转置操作；
步骤3，按照下式，建立球不变约束和反对称的相控阵MIMO波束形成的代价函数：



约束于
其中，表示对u(θs)取最小值操作，表示回波信号中方位角为θs的目标信号与实际导向矢量失配的观测导向矢量，-...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永婵，朱柏泉，朱圣棋，廖桂生，隋兵，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61