一种结合制造技术

本发明专利技术公开了一种结合

【技术实现步骤摘要】
一种结合ROOT
‑
MUSIC和体积分的波束成形方法


[0001]本专利技术涉及无线通信领域的波束成形
，具体涉及一种结合
ROOT
‑
MUSIC
和体积分的波束成形方法
。

技术介绍

[0002]阵列信号处理技术在很多领域有着广泛运用，如声呐
、
雷达
、
无线通信以及天文学地理学等众多领域
。
波束成形技术是阵列信号处理技术的重要组成部分，标准
Capon
波束成形器是代表之一，具有较好的空间分辨率和干扰抑制能力
。
但其对阵列流形以及期望信号的导向矢量的准确性要求苛刻
。
在实际工程中，导向矢量的失配及其误差
、
协方差矩阵中包含期望信号，此外还有接收信号快拍数过低等问题会导致标准
Capon
算法的抗干扰性能急剧下降
。
[0003]为提高波束成形算法的自适应性以及鲁棒性，近年来学者们提出了众多稳健波束成形的改进算法
。
具体为对角加载算法
、
最差情况性能最优算法
、
基于特征空间投影算法
、
不确定集搜索算法以及矩阵重构算法
。
对角加载算法是出现时间最早并广泛应用的算法，其原理比较简单并且计算量小，通过增加进行缩放的单位矩阵以提高算法的鲁棒性，不过在缩放单位的选取上没有参考标准，使得算法的性能不理想
。
>最差性能最优算法可针对多种适配情况进行导向矢量优化，实现简单但是当针对特定情况下的导向矢量优化则无法取得较好的效果
。
基于特征空间投影算法的理论基础是估计出信号以及干扰子空间，将名义导向矢量投影到子空间上以获得改进导向矢量
。
基于特征空间投影算法在高输入信噪比时性能较好，但是当输入信噪比较低时，信号干扰子空间容易被噪声子空间破坏，难以获得准确的信号干扰子空间
。
矩阵重构算法是通过将
Capon
功率谱在非期望信号区域进行线性积分得到重构的干扰加噪声协方差矩阵，该方法能够有效消除预估阵列导向矢量的角度误差，不过计算量较大，存在信道误差等潜在误差信息时该算法将会失效
。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提供了一种结合
ROOT
‑
MUSIC
和体积分的波束成形方法，该方法能够得到更为准确的期望信号角度与干扰信号角度，在协方差矩阵重构过程中采用体积分的方式，并利用求根
MUSIC
算法
ROOT
‑
MUSIC
角度搜索算法得到的角度信息划分积分范围，该方法在消除协方差矩阵中期望信号分量的同时消除潜在的误差信息并降低了运算量，很好地得到了更为准确的干扰噪声协方差矩阵
。
[0005]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种结合
ROOT
‑
MUSIC
和体积分的波束成形方法，该方法包括如下步骤：
[0006]步骤1：通过协方差矩阵计算公式计算天线接收的信号得到接受阵列端的数据协方差矩阵
R
；
[0007]步骤2：利用
ROOT
‑
MUSIC
公式操作上述步骤1中得到的协方差矩阵
R
得到较准确的期望信号发射角度以及干扰信号发射角度
[0008]步骤3：通过构造体积分功率谱搜索函数，并将上述步骤2得到的干扰信号发射角度带入得到重构的干扰噪声协方差矩阵
[0009]步骤4：通过不确定集导向矢量修正公式对导向适量进行修正，得到修正导向矢量
[0010]步骤5：通过上述步骤3得到的干扰噪声协方差矩阵和上述步骤4得到的修正导向矢量得到波束成形器权矢量
w
完成波束成形
。
[0011]进一步地，本专利技术首先通过协方差矩阵计算公式计算天线接收的信号得到接受阵列端的数据协方差矩阵
R
，利用
ROOT
‑
MUSIC
公式操作协方差矩阵
R
得到较准确的期望信号发射角度以及干扰信号发射角度通过构造体积分功率谱搜索函数，并将上述步骤2得到的干扰信号发射角度带入得到重构的干扰噪声协方差矩阵
[0012]有益效果：
[0013]1、
本专利技术通过使用
ROOT
‑
MUSIC
算法替换传统
Capon
谱搜索算法，很好地得到了更为准确的期望信号角度和干扰信号角度
。
[0014]2、
本专利技术通过采用体积分对干扰噪声协方差矩阵进行重构，消除协方差矩阵中期望信号分量的同时消除潜在的误差信息，将
ROOT
‑
MUSIC
算法得到的角度划分体积分区域，降低了积分运算量
。
[0015]3、
本专利技术很好地得到了更为准确的干扰噪声协方差矩阵，实现了波束成形
。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的波束成形方法的流程图
。
[0017]图2为重构干扰噪声协方差矩阵的体积分结构图
。
[0018]图3为本专利技术的波束图
。
[0019]图4为输入
SNR
与输出
SINR
的关系图
具体实施方式
[0020]下面结合说明书附图对本专利技术创造作进一步地详细说明
。
[0021]如图1所示，本专利技术提出了一种结合
ROOT
‑
MUSIC
和体积分的波束成形方法，该方法包括如下步骤：
[0022]步骤1：通过协方差矩阵计算公式计算天线接收的信号得到接受阵列端的数据协方差矩阵
R
；
[0023]步骤2：利用
ROOT
‑
MUSIC
公式操作上述步骤1中得到的协方差矩阵
R
得到较准确的期望信号发射角度以及干扰信号发射角度
[0024]步骤3：通过构造体积分功率谱搜索函数，并将上述步骤2得到的干扰信号发射角度带入得到重构的干扰噪声协方差矩阵
[0025]步骤4：通过不确定集导向矢量修正公式对导向适量进行修正，得到修正导向矢量
[0026]步骤5：通过上述步骤3得到的干扰噪声协方差矩阵和上述步骤4得到的修正导向矢量得到波束成形器权矢量
w
完成波束成形
。
[0027]本专利技术通过天线得到接收信号
x(k)
，数据协方差矩阵
R
为：
[0028][0029]式中：
θ0和
θ
l
,l
＝
1,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种结合
ROOT
‑
MUSIC
和体积分的波束成形方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：步骤1：通过协方差矩阵计算公式计算天线接收的信号得到接受阵列端的数据协方差矩阵
R
；步骤2：利用
ROOT
‑
MUSIC
公式操作上述步骤1中得到的协方差矩阵
R
得到较准确的期望信号发射角度以及干扰信号发射角度步骤3：通过构造体积分功率谱搜索函数，并将上述步骤2得到的干扰信号发射角度带入得到重构的干扰噪声协方差矩阵步骤4：通过不确定集导向矢量修正公式对导向适量进行修正，得到修正导向矢量步骤5：通过上述步骤3得到的干扰噪声协方差矩阵和上述步骤4得到的修正导向矢量得到波束成形器权矢量
w
完成波束成形
。2.
根据权利要求1所述的一种结合
ROOT
‑
MUSIC
和体积分的波束成形方法，其特征在于，所述步骤1中，得到接受阵列端的数据协方差矩阵
R
的方法，通过天线得到接收信号
x(k)
，数据协方差矩阵
R
为：式中，
θ0和
θ
l
,l
＝
1,2,
…
,P
‑1分别为期望信号到达角度和干扰信号到达角度，为期望信号的功率；则为第
l
个干扰信号的功率，
l
＝
1,2,
…
,P
‑1；为高斯白噪声的功率，
I
为
M
维单位矩阵，
E[
·
]
代表取期望操作
。3.
根据权利要求1所述的一种结合
ROOT
‑
MUSIC
和体积分的波束成形方法，其特征在于，所述步骤2中，角度搜索所使用的
ROOT
‑
MUSIC
公式为：公式为：通过公式3得到期望信号发射角度以及干扰信号发射角度公式2中
U
n
是
M
‑
P
个较小特征值的特征向量组成的噪声子空间，是角度搜索的求根公式，
g(z)
＝

【专利技术属性】
技术研发人员：胡登辉，李大鹏，刘鹏飞，
申请(专利权)人：南京揽星邮通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：