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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明提供了一种基于辅助阵元的稳健波束形成方法，通过在存在阵元位置扰动误差的原始阵列中引入少量精确校正的辅助阵元，利用子空间的思路实现了阵元位置误差参数和信号来波方向的解耦处理，从而获得了更精确的期望信号导向矢量及阵列流型，利用采样协方差矩阵特征分解方法估计噪声功率值，进而基于信号子空间拟合方法低复杂度地实现了干扰加噪声协方差矩阵的重构。本发明能有效减轻期望信号自消的问题，有效提高存在误差失配时的波束形成稳健性，有效降低阵列误差导致波束形成器性能劣化的现象；能有效应对传统稳健波束形成方法期望信号自消的问题，在高输入信噪比的应用场景下性能优异，有效降低干扰加噪声协方差矩阵重构的计算复杂度。

主权项：1.一种基于辅助阵元的稳健波束形成方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：初始化参数设置；初始化参数设置包括：初始化参数Θs表示期望信号的来波方向的空域范围，期望信号个数为1，干扰信号个数为J，信号参考载频为fc，原始阵列阵元个数为N，辅助阵元个数为P，阵列结构为线阵，根据公式d＝c2fc＝λ2初始化阵列天线之间的间距，其中，c表示电磁波传输速率，λ表示信号波长，阵列数据采样点数为k，空间谱搜索间隔为θd；步骤2：定义原始阵列最左侧阵元为参考阵元，向原始阵列参考阵元左侧添加辅助阵元；步骤3：采样得到阵列接收数据；步骤4：根据步骤3中阵列接收数据计算采样协方差矩阵；步骤5：对步骤4中计算的采样协方差矩阵进行特征分解，将特征值及其对应特征向量按特征值降序排列，根据步骤1中初始化参数中的期望信号个数和干扰信号个数，得到信号个数为期望信号个数加干扰信号个数；取降序排列特征值前信号个数个特征值对应特征向量为期望加干扰信号子空间，取剩余特征值对应的特征向量为噪声子空间；包括以下步骤：步骤5.1：对采样协方差矩阵进行特征分解其中γk,k＝1,2,…,M代表降序排列的特征值，ηk,k＝1,2,…,M代表特征值对应的特征向量；步骤5.2：计算信号个数为J+1，取降序排列特征值的前J+1个特征值对应特征向量，得出期望加干扰信号子空间为：US+I＝[η1,η2,…,ηJ+1]，取剩余M-J+1个特征值对应特征向量，得出噪声子空间为：UN＝[ηJ+2,ηJ+3,…,ηM]；步骤6：基于子空间方法，估计期望信号、干扰信号来波方向及对应导向矢量；包括以下步骤：步骤6.1：结合初始化参数Θs，在空域范围Θs进行间隔为θd的空间谱θ∈Θs谱峰搜索，得出最大谱峰值对应的空间来波方向记为从而得到估计的期望信号来波方向为其中，aPθ＝[1,e-j2πdsinθλ,L,e-j2πdP-1sinθλ]T,0P×N表示P×N维零矩阵，0N×1表示N维全零列向量，aNθ＝[e-j2πdPsinθλ,e-j2πdP+1sinθλ,L,e-j2πdP+N-1sinθλ]T，det[·]表示求矩阵行列式，diag[·]表示行向量为对角元素的对角矩阵；步骤6.2：估计期望信号对应导向矢量为：其中emin[·]表示取矩阵最小特征值对应特征向量；步骤6.3：在空域范围Θs的[-90°,90°]的空域补集进行间隔为θd的空间谱谱峰搜索，得出降序排列的前J个谱峰值对应的空间来波方向记为a＝1,2,…,J，从而得到估计的干扰信号来波方向为a＝1,2,…,J；步骤6.4：估计干扰信号对应导向矢量为：其中a＝1,2,L,J；步骤7：将步骤6估计的期望信号导向矢量排第一列，干扰信号导向矢量排其余列，得到估计的阵列流型；步骤8：对步骤5中得到的噪声子空间对应特征值取平均，作为噪声功率值的估计；步骤9：根据步骤5中得到的期望加干扰信号子空间及其对应特征值、步骤7中估计的阵列流型和步骤8中估计的噪声功率值，重构干扰加噪声协方差矩阵；步骤10：根据步骤6估计的期望信号导向矢量及步骤9中重构的干扰加噪声协方差矩阵，得出稳健波束形成方法最优权矢量。

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