【技术实现步骤摘要】
本专利技术提出一种基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器，涉及阵列天线自适应波束形成领域。
技术介绍
0、技术背景
1、自适应波束形成是阵列信号处理领域中的一项关键的研究技术。阵列天线利用该技术对接收的采样数据进行计算，可自适应地调整接收阵元的权值参数，获得主瓣对准所需要的特定来向的期望信号同时在旁瓣的大功率干扰来向处形成深零陷的波束方向图。自适应波束形成因其灵活性、实时性以及在对期望信号的不失真接收的条件下实现高效的干扰信号抑制能等特点，一直被广泛用于军事雷达、遥感和无线通信等领域。然而在实际工程应用中，当面临环境中存在相干干扰的非理想情况下，如干扰的多径传播或军事上的智能干扰等，大部分的自适应波束形成器将无法获得理想的在所有干扰角度形成深零陷的方向图，导致在空域上的干扰抑制性能大幅降低甚至失效。因此，如何提高自适应波束形成器在该类环境应用中的鲁棒性从而实现复杂干扰入射的抑制是一个非常重要的研究内容。
2、从本质上来说，相干干扰的存在会使得阵列接收信号的协方差矩阵出现秩亏损现象，进而导致了传统的自适应波束形成器无法获得正确的干扰信号子空间和噪声子空间。一般解决思路为对已有的阵列协方差矩阵做一定的解相干处理恢复矩阵的秩，然后应用于改进传统的自适应波束形成器。目前已有的解相干技术可以根据是否损失有效孔径分为两大类，即基于空间平滑的方法和基于矩阵重构的方法。基于空间平滑方法的原理是试图通过将整个阵列划分为多个重叠的子阵并做特殊的运算处理来获得解相干后的协方差矩阵，其缺点是需要损失阵列的空间自由度，因此
3、不过现有的改进的自适应波束形成器对入射干扰的抑制仍有不足，主要体现在大部分仅考虑了阵列入射的干扰为全相干的情况，而没有考虑复杂的相干干扰，即多个独立干扰和多组相干干扰同时存在的情况。因此希望在该类复杂环境下获得拥有更理想的干扰抑制角度精度和零陷性能的自适应波束形成器，并实现尽可能多地处理入射干扰。
技术实现思路
1、本专利技术针对多独立和多组相干干扰同时存在的复杂相干干扰环境下的均匀线阵自适应波束形成问题，基于一种特殊的空间差分技术sdt，利用该技术重构的空间差分矩阵具有恢复秩为相干干扰数的特点得到了改进的mvdr波束形成器，其恢复了对相干干扰的理想抑制性能，即不仅恢复了方向图在所有相干干扰角度的零陷，还提高干扰零陷的角度精度和抑制深度。更进一步，结合了空间差分矩阵改进的mvdr波束形成器和原来传统的mvdr波束形成器，通过特殊构造提出了可以同时处理多独立和多组相干干扰入射的联合处理自适应波束形成器，并且在所有干扰的来向都产生了较理想的抑制零陷，在一定条件下可处理的干扰总数允许超过阵列阵元数的限制。
2、为实现上述目标采用的技术方案如下：
3、一种基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器，包括以下步骤：
4、s1：对均匀线阵的各阵元处的采集接收信号构建混合信号模型
5、阵列接收信号中包含3个部分，即期望信号xs(t)、干扰信号xi(t)和噪声信号xn(t)，
6、x(t)＝xs(t)+xi(t)+xn(t)
7、假设共有k+1个远场窄带信号以角度θk,k＝0,…,k入射，第1个信号为期望信号s0(t)，来向角为θ0；后k个为干扰信号，来向角为θk,k＝1,…,k，包含了前ku个独立干扰来自不同的信号源和后共l个相干组的kc个相干干扰，ku个独立干扰与l个相干干扰组均不相关。相干干扰部分的关系可以表示为其中的l为相干组标号，kc,l表示了第l个相干组内的干扰个数，每个相干组内的干扰来自同一个独立的信号源，而不同相干组内的信号源不相关，即有l个相干信源组另外再假设第l组相干干扰的复数相关系数矢量为其中的()t表示对矩阵求转置。
8、假设均匀线阵含有阵元数m，阵元间距为d，则以第一个阵元为参考下信号波长λ和角度θk对应的导向矢量为
9、
10、由以上假设，均匀线阵采集的混合接收信号模型可以表示为，
11、x(t)＝a(θ0)s0(t)+ausu(t)+acγsc(t)+xn(t)
12、其中的au和ac分别是独立干扰和相干干扰对应的阵列流形矢量矩阵，γ为相干系数矩阵。
13、s2：构建混合信号模型下的阵列协方差矩阵
14、阵列协方差矩阵可以表示为
15、
16、上式中的e[·]表示求解数学期望，()h表示对矩阵求共轭转置。ru＝e[su(t)su(t)h]和rc＝e[sc(t)sc(t)h]分别是独立干扰和相干干扰组对应的独立信号源入射的信号协方差矩阵，和σ2分别是期望信号功率和噪声入射的平均功率，im是m维单位阵。
17、s3：基于混合信号模型下的阵列协方差矩阵模型，用实际阵列接收中的采样信号序列x(n)计算采样协方差矩阵近似阵列协方差矩阵中的数学期望求解
18、
19、s4：构建平滑子阵列协方差矩阵
20、根据先验的相干组内的最大相干干扰数首先对阵列进行空间平滑划分p个重叠子阵(需要满足p≥pmax，通常取p＝pmax)，每个子阵含有m-p+1个阵元，则每个子阵的阵元接收信号可以计算相应的子阵列协方差矩阵
21、
22、式子中的gm是m-p+1行选择矩阵。
23、s5：利用空间差分技术构建差分矩阵
24、利用得到的p个空间平滑协方差矩阵，可以构建一个特殊的差分矩阵，差分处理方式可以描述为
25、
26、这里的jm-p+1是反单位阵，()*表示对矩阵求共轭。该空间差分处理使得矩阵dp中已经移除了期望信号部分、独立干扰部分和噪声部分而仅含有相干干扰的部分，并且矩阵的秩恢复为了与总的相干干扰数一致。
27、s6：构建有效抑制相干干扰的改进mvdr波束形成器
28、利用空间差分矩阵dp替换传统mvdr波束形成器中的阵列协方差矩阵rx，得到改进的mvdr波束形成器
29、
30、式中的是仅利用阵列中前m-p+1个阵元时对应期望指向角度θ0的导向矢量，()-1表示对矩阵求逆。该权矢量对接收中的相干干扰进行处理后的输出可以表示为
31、
32、由相干干扰部分输入的处理输出为0可以看到，理论上此时已恢复了相干干扰的理想抑制性能。
33、s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器，其特征在于，构建和应用包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤S1中的阵列输入的混合信号模型具体为：阵列接收信号中包含3个部分，即期望信号xs(t)、干扰信号xi(t)和噪声信号xn(t)，
3.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤S2中混合信号模型下的阵列协方差矩阵实际表示为
4.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤S3中构建平滑子阵列协方差矩阵的方法具体为：首先根据先验的相干组内的最大相干干扰数对阵列进行空间平滑划分p个重叠子阵(需要满足p≥pmax，通常取p＝pmax)，每个子阵含有M-p+1个阵元，则每个子阵的阵元接收信号可以计算相应的子阵列协方差矩阵
5.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤S4中空间差分技术构建差分矩阵的方法具体为
6.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤S5利用空间差分矩阵Dp替换传统MVDR波束形成器中的阵列协方差矩阵Rx，得到有效抑制相干干扰的改进的MVDR波束形成器
7.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤S6中得到同时处理多个独立和多组相干干扰入射的联合处理自适应波束形成器权矢量表示为
8.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器应用方法，其特征在于，步骤S7对阵列接收数据进行拼接得到等效的待处理接收信号矢量，具体为：将阵列所有M个阵元的接收信号矢量x(n)与阵列中前M-p+1个阵元的接收信号做如下的拼接
9.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器应用方法，其特征在于，步骤S8应用自适应更新的联合处理自适应波束形成器权矢量对等效的待处理接收信号矢量进行干扰抑制处理，处理过程和输出结果由公式表示为
...【技术特征摘要】
1.一种基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器，其特征在于，构建和应用包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤s1中的阵列输入的混合信号模型具体为：阵列接收信号中包含3个部分，即期望信号xs(t)、干扰信号xi(t)和噪声信号xn(t)，
3.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤s2中混合信号模型下的阵列协方差矩阵实际表示为
4.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤s3中构建平滑子阵列协方差矩阵的方法具体为：首先根据先验的相干组内的最大相干干扰数对阵列进行空间平滑划分p个重叠子阵(需要满足p≥pmax，通常取p＝pmax)，每个子阵含有m-p+1个阵元，则每个子阵的阵元接收信号可以计算相应的子阵列协方差矩阵
5.根据权利要求1所述的基于空间差分的复杂相干干扰下的自适应波束形成器构建方法，其特征在于，步骤s4中空间差分技术构建差分矩阵的方...
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