CN108880586B - 一种宽带弱信号增强方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带弱信号增强方法与装置，利用宽带信号的空间特征将其等效为多个相邻来向的窄带阵列信号，利用单源点估计每个信号的延迟矢量，进一步求得信号在不同调频点上的导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵，最后利用窄带波束形成器实现对宽带期望信号的空域滤波，通过多角度线性约束实现目标信号的无失真输出，实现了对宽带信号的增强，得到更纯净的无人机遥控信号。本发明无需利用抽头延迟线，有效降低了***复杂度和信号处理维度，更有利于工程实践。此外，本发明通过构造干扰加噪声协方差矩阵将期望信号从原有协方差矩阵中去除，从而提高波束形成的稳健性，且运算速度优于传统信号增强方法。

Description

一种宽带弱信号增强方法与装置

技术领域

本发明属于微弱目标增强技术领域，具体涉及一种宽带弱信号增强方法与装置。

背景技术

近些年来，随着隐身技术和调频技术的不断发展，对隐身目标的探测愈发困难。其主要原因是目标信号十分微弱，导致后续的特征提取、测速、定位等操作无法有效实施。因此，需要对目标信号进行增强，实现同时多目标处理的宽带信号增强技术。

基于阵列的宽带自适应波束形成技术能够在干扰来向未知的条件下有效增强期望信号并抑制干扰和噪声。经典的宽带波束形成结构是Frost宽带弱信号增强装置，其结构如图1所示。接收信号首先经过预延迟补偿模块，补偿期望信号在不同阵元间的传播延迟，使其等效为0°方向入射，然后在每个阵元后接一组抽头延迟线，即在空域采样的基础上增加时域采样，最后通过调整不同抽头延迟线上的加权系数实现期望信号的增强和干扰信号的抑制。在Frost宽带弱信号增强装置的基础上，国内外学者先后提出了多种稳健宽带自适应波束形成算法，如对角加载算法、最差性能最优算法、恒定束宽算法等。

以上算法均是利用基于抽头延迟线(Tapped Delay-Lines,TDL)的宽带弱信号增强装置，除了TDL结构外，作者Ghavami又提出了一种基于阵元延迟线(Sensor Delay-Lines,SDL)的宽带弱信号增强装置，其结构如图2所示，它利用信号在阵元间的传播延迟代替抽头延迟，每个阵元仅连接一个权系数，并且基于TDL结构的大多数波束形成算法可直接应用于基于SDL的波束形成器。基于上述两种结构的宽带波束形成算法能够在复杂的电磁环境中提出期望信号，取得良好的空域滤波效果。然而它们存在***结构复杂、计算量大的问题，信号处理维度由M维上升到M×J维(M表示阵元个数，J表示延迟线个数)，自适应波束形成通常需要进行矩阵求逆或迭代，维数的增加会导致计算量急剧上升，从而增加***运算负担、降低运算效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽带弱信号增强方法与装置，用于解决现有宽带弱信号增强方法的计算量大导致增加运算负担、运算效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种宽带弱信号增强方法，包括以下步骤：

1)利用宽带信号中期望信号的估计入射角度补偿期望信号在不同天线阵元上的传播时延，补偿后在各天线阵元上得到入射角度为设定入射角度的宽带信号；

2)将每个宽带信号等效到同一频率下形成不同入射角度的窄带阵列信号的叠加，将宽带信号的导向矢量等效成窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量，该入射角度区间为所述不同入射角度的角度区间，根据所述窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量构建窄带阵列信号模型；

3)计算窄带阵列信号模型的协方差矩阵，计算入射角度为所述设定入射角度的导向矢量，根据所述协方差矩阵和导向矢量计算加权矢量；

4)根据加权矢量和所述补偿后得到的宽带信号，确定宽带信号中的期望信号。

本发明创造性的将某一来向的宽带阵列信号等效为多个相邻来向的窄带阵列信号，将宽带信号的导向矢量等效成窄带阵列信号在设定入射角度区间的导向矢量，据此构建窄带阵列信号模型，并根据窄带阵列信号模型求取加权矢量，从而实现宽带波束形成，降低了运算维度，计算量小、运算效率高。

为了增强波束形成的稳健性，步骤3)中，当干扰信号的入射角度已知时，根据干扰信号的入射角度和窄带阵列信号模型的协方差矩阵计算干扰信号的协方差矩阵，将所述干扰信号的协方差矩阵和估计的噪声协方差矩阵相加得到干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量。

当干扰信号的入射角度未知时，根据窄带阵列信号模型的协方差矩阵构造干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量，所述干扰加噪声协方差矩阵的公式如下：

式中，为干扰加噪声协方差矩阵，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，为干扰和噪声来向区间，为窄带阵列信号的入射角度，表示频率为f_h、入射角度为的窄带阵列信号的导向矢量，为的共轭转置矩阵。

作为对加权矢量的进一步限定，所述加权矢量是根据所述设定入射角度的导向矢量以及所述窄带阵列信号模型的协方差矩阵或干扰加噪声协方差矩阵，并利用最小功率无失真响应方法得到的。

或者，所述加权矢量是根据所述设定入射角度的导向矢量以及所述窄带阵列信号模型的协方差矩阵或干扰加噪声协方差矩阵，并利用多角度约束方法得到的。

作为对最小功率无失真响应方法的进一步限定，利用所述最小功率无失真响应方法求加权矢量的公式为：

式中，w为加权矢量，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量。

作为对多角度约束方法的进一步限定，利用多角度约束方法求加权矢量w的公式为：

式中，w为加权矢量，为干扰加噪声协方差矩阵的逆矩阵，C为约束矩阵，C＝[a(f_h,-Δθ),a₀,a(f_h,Δθ)]，其中，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量，a(f_h,Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差的导向矢量，a(f_h,-Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差取负值的导向矢量，h为相应向量，

为了将宽带信号等效为具有相同频率、不同入射角度的窄带阵列信号的叠加，步骤2)所述宽带信号的等效公式为：

式中，为时刻t的宽带信号，为在时刻t、频率f_i上的窄带阵列信号，fi∈[f_l,f_h]表示频率f_i的范围在所述宽带信号的最低频率f_l和最高频率f_h之间。

所述窄带阵列信号模型为：

式中，为等效的时刻t的窄带阵列信号，为窄带阵列信号的入射角度区间，为根据频率f_h、入射角度的窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量。

进一步，所述宽带波束形成的输出信号公式为：

式中，y(t)为所述宽带波束形成的输出信号，w^H为加权矢量w的，为进行所述补偿后得到的宽带信号。

为解决上述技术问题，本发明还提出一种宽带弱信号增强装置，包括补偿单元、窄带阵列信号模型构建单元、加权矢量计算单元和输出单元，其中：

补偿单元用于利用宽带信号中期望信号的估计入射角度补偿宽带信号在不同天线阵元上的传播时延，补偿后在各天线阵元上得到入射角度为设定入射角度的宽带信号；

窄带阵列信号模型构建单元用于将每个宽带信号等效到同一频率下形成不同入射角度的窄带阵列信号的叠加，将宽带信号的导向矢量等效成窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量，该入射角度区间为所述不同入射角度的角度区间，根据所述窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量构建窄带阵列信号模型；

加权矢量计算单元用于计算窄带阵列信号模型的协方差矩阵，计算入射角度为所述设定入射角度的导向矢量，根据所述协方差矩阵和导向矢量计算加权矢量；

输出单元用于根据加权矢量和所述补偿后得到的宽带信号，确定宽带信号中的期望信号。

进一步，所述加权矢量计算单元还用于：

当干扰信号的入射角度已知时，根据干扰信号的入射角度和窄带阵列信号模型的协方差矩阵计算干扰信号的协方差矩阵，将所述干扰信号的协方差矩阵和估计的噪声协方差矩阵相加得到干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量。

当干扰信号的入射角度未知时，根据窄带阵列信号模型的协方差矩阵构造干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量，所述干扰加噪声协方差矩阵的公式如下：

式中，为干扰加噪声协方差矩阵，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，为干扰和噪声来向区间，为窄带阵列信号的入射角度，表示频率为f_h、入射角度为的窄带阵列信号的导向矢量，为的共轭转置矩阵。

作为对加权矢量的进一步限定，所述加权矢量采用两种方法求取：根据所述设定入射角度的导向矢量以及所述窄带阵列信号模型的协方差矩阵或干扰加噪声协方差矩阵，并利用最小功率无失真响应方法得到所述加权矢量；或者，根据所述设定入射角度的导向矢量以及所述窄带阵列信号模型的协方差矩阵或干扰加噪声协方差矩阵，并利用多角度约束方法得到所述加权矢量。

作为对最小功率无失真响应方法的进一步限定，利用所述最小功率无失真响应方法求加权矢量的公式为：

式中，w为加权矢量，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量。

作为对多角度约束方法的进一步限定，利用多角度约束方法求加权矢量的公式为：

式中，w为加权矢量，为干扰加噪声协方差矩阵的逆矩阵，C为约束矩阵，C＝[a(f_h,-Δθ),a₀,a(f_h,Δθ)]，其中，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量，a(f_h,Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差的导向矢量，a(f_h,-Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差取负值的导向矢量，h为相应向量，

进一步，所述宽带信号的等效公式为：

式中，为时刻t的宽带信号，为在时刻t、频率f_i上的窄带阵列信号，f_i∈[f_l,f_h]表示频率f_i的范围在所述宽带信号的最低频率f_l和最高频率f_h之间。

所述窄带阵列信号模型为：

式中，为等效的时刻t的窄带阵列信号，为窄带阵列信号的入射角度区间，为根据频率f_h、入射角度的窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量。

进一步，通过以下公式确定宽带信号中的期望信号：

式中，y(t)为所述宽带信号中的期望信号，w^H为加权矢量w的共轭转置矩阵，为进行所述补偿后得到的宽带信号。

附图说明

图1是现有技术中TDL宽带弱信号增强装置的结构示意图；

图2是现有技术中SDL宽带弱信号增强装置的结构示意图；

图3是本发明的一种宽带弱信号增强方法的流程图；

图4是一种无需抽头延迟线的宽带弱信号增强装置的结构示意图；

图5是不同频率下的阵列响应示意图；

图6是输出信号的频谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明的一种宽带弱信号增强方法的实施例：

远场条件下，K个宽带信号s_k(t)(k＝0,1,...,K-1)入射到由M(M≥K)阵元组成且延迟线的均匀直线阵上，其中s₀(t)为期望信号，s₁(t),s₂(t),…,s_K-1(t)为干扰信号。则构造无抽头延迟线的宽带阵列接收模型如下：

其中，x(t)＝[x₀(t),x₁(t),...,x_M-1(t)]^T，x_m(t)(m＝0,1,...,M-1)为第m阵元上的接收信号，(·)^T表示转置。x_k(t)＝[s_k(t),s_k(t-τ_k,1),...,s_k(t-τ_k,M-1)]^T是信号s_k(t)的接收矢量，τ_k,m＝mdsin(θ_k)/c为s_k(t)到达阵元m时相对于参考阵元的传播延迟，θ_k∈[-90°,90°]为入射角度，d为相邻阵元间距，c为传播速度。n(t)是***噪声矢量。

宽带信号s_k(t)可等效为多个窄带信号的叠加，即：

其中，表示s_k(t)在频率f_i上的窄带分量，f_l和f_h分别为信号的最低频率和最高频率。那么s_k(t)的接收矢量x_k(t)可表示为：

其中，a(f_i,θ_k)为在频率f_i上的导向矢量。

在最高频率f_h上，导向矢量为：

在最低频率f_l上，导向矢量为：

a(f_l,θ_k)可等效为：

其中，表示等效入射角度，满足显然和θ_k具有相同的正负性且同理，对于任意频率f_i上的导向矢量a(f_i,θ_k)均可以等效为频率是f_h入射角度是的导向矢量 满足且(这里假设θ_k≥0°，如果θ_k≤0°，)。将记为Θ_k，则式(3)可变换为：

对于式(7)，波束形成主要利用信号的空间特征，即导向矢量 中的频率f_i对波束形成无影响，因为它对导向矢量的作用已体现在因此，在波束形成的过程中，可认为所有窄带分量具有相同的等效频率，但具有不同的入射角度。对比式(3)和式(7)，可得如下结论：一个频率范围为[f_l,f_h]入射角度是θ_k的宽带阵列信号可等效为多个频率为f_h入射角度区间是Θ_k的窄带阵列信号。那么，抑制一个宽带干扰也就等效于抑制多个相邻角度的窄带干扰，则可利用窄带波束形成器实现。

在窄带自适应波束形成中，加权矢量w可通过根据设定入射角度θ₀的导向矢量以及窄带阵列信号模型的协方差矩阵或干扰加噪声协方差矩阵得到的，最小功率无失真响应方法(Minimum Power Distortionless Response，MPDR)的模型为：

其解为

其中，R_x＝E[x(t)x^H(t)]为协方差矩阵，a(θ₀)为期望信号的导向矢量。加权矢量w可有效增强期望信号并抑制导向矢量异于a(θ₀)的干扰信号。然而，式(9)无法直接应用于宽带波束形成，因为宽带期望信号s₀(t)的导向矢量a(θ₀)随着频率不同而变化。若将某一个频率f_i上的导向矢量a(θ₀,f_i)代入式(9)，求得的加权矢量仅能增强窄带分量而其他窄带分量将会被当成干扰抑制掉。

为此，本发明采取常用的预延迟补偿技术，即在每个阵元后添加一个延迟单元，其设置值依次为0,-τ_0,1,...,-τ_0,M-1，用于补偿期望信号在不同阵元上的传播时延，使期望信号在不同阵元上的到达时刻相同，等价于将其变换到的入射方向上，表示预延迟补偿后期望信号的入射角度。那么对于任意频率f均有将a₀＝[1,1,...,1]^T代入式(9)可得：

其中，为采样得到的协方差矩阵， 为预延迟补偿后的接收信号矢量(即补偿后的宽带信号)，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量。由上式求得的w可有效增强的所有频率分量，波束形成的输出信号为本发明的宽带弱信号增强装置的结构如图4所示。

当期望信号入射角度θ₀和协方差矩阵准确已知时，上述方法可获得较好的输出性能。但在实际中，由于测角精度和快拍数的限制，θ₀和往往存在一定的偏差，导致波束形成器误将期望信号当成干扰抑制掉，使得输出性能的急剧下降。为了增强波束形成器的稳健性，一种有效的方法是将期望信号从协方差矩阵中去除，即重构干扰加噪声协方差矩阵。现有的基于干扰加噪声协方差矩阵重构的波束形成算法大都针对窄带信号，本发明针对图4所示的无需抽头延迟线的宽带弱信号增强装置。

将预延迟补偿后的接收矢量和等效入射角度区间分别记为和根据式(7)，有：

的协方差矩阵定义为：

将式(11)代入式(12)，可得：

其中，表示对取共轭。由于不同窄带分量之间互不相关，即上式可简化为：

其中，表示的功率。可利用下式求得：

将式(15)代入式(14)，可得：

当所有干扰信号的入射角度准确已知时，利用式(16)可重构出每个干扰信号的协方差矩阵，即根据干扰信号的入射角度和窄带阵列信号模型的协方差矩阵计算干扰信号的协方差矩阵；再将求得的干扰协方差矩阵和估计的噪声协方差矩阵相加即可重构出干扰加噪声协方差矩阵。

但通常情况下，干扰信号的入射角度是未知的，在该情况下，根据窄带阵列信号模型的协方差矩阵构造干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量，干扰加噪声协方差矩阵可通过下式进行重构：

其中，为干扰加噪声协方差矩阵，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，为窄带阵列信号的入射角度，为干扰和噪声来向区间，Δθ表示期望信号入射角度的最大估计偏差，表示频率为f_h、入射角度为的窄带阵列信号的导向矢量，为的共轭转置矩阵。利用替代式(10)中的即可求得具有强稳健性的加权矢量：

本发明在干扰信号来向的未知条件下仅利用窄带Capon谱即可构造宽带干扰加噪声协方差矩阵。

但当存在角度误差时，上述方法求得的加权矢量无法保持频率一致性，从而导致输出信号失真。为了实现存在角度误差条件下无失真地输出期望信号，可进一步利用多角度线性约束方法形成平顶相应多角度线性约束，即在期望信号来向附近的角度上设置多个相应约束，即：

其中，为相应向量，angle(·)表示取相位，w为加权矢量，为干扰加噪声协方差矩阵的逆矩阵，C为约束矩阵，C＝[a(f_h,-Δθ),a₀,a(f_h,Δθ)]，其中，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量，a(f_h,Δθ)为频率为宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差的导向矢量，a(f_h,-Δθ)为频率为宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差取负值的导向矢量。利用Language乘子法(即LCMV方法)求解式(19)，可得最终的加权矢量为：

本发明利用多角度线性约束实现了主瓣波束的平顶相应，从而有效防止了由于频率不一致性引起的信号失真，实现空域滤波，达到增强期望并抑制干扰和噪声的目的。

本发明的流程可归纳如下：

1)利用宽带信号s_k(t)中期望信号s₀(t)的估计入射角度(可能存在偏差)补偿期望信号s₀(t)在不同天线阵元上的传播时延，补偿后在各天线阵元上得到入射角度为设定入射角度θ₀的宽带信号宽带信号中包括补偿后的期望信号

2)将每个宽带信号等效到频率f_h下形成不同入射角度的窄带阵列信号的叠加，宽带信号的等效公式为：

式中，为时刻t的宽带信号，为在时刻t、频率f_i上的窄带阵列信号，f_i∈[f_l,f_h]表示频率f_i的范围在宽带信号的最低频率f_l和最高频率f_h之间。

将宽带信号的导向矢量a(f_i,θ_k)等效成窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量该入射角度区间为不同入射角度的角度区间，根据窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量构建窄带阵列信号模型，窄带阵列信号模型为：

式中，为等效的时刻t的窄带阵列信号，为窄带阵列信号的入射角度区间，为根据频率f_h、入射角度的窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量。

3)计算窄带阵列信号模型的协方差矩阵计算入射角度为设定入射角度θ₀的导向矢量a₀，采用最小功率无失真响应方法或多角度约束方法构造干扰加噪声协方差矩阵，并求取加权矢量w。

4)根据加权矢量w和补偿后得到的宽带信号确定宽带信号中的期望信号y(t)。

相比传统的宽带弱信号增强装置，本发明的宽带弱信号增强装置的结构简单、复杂度低，数据处理的计算量小，且在角度误差和有限采样点的条件下仍可获得较好的输出性能。

为了证明本发明的有效性，可通过下述仿真时延来验证，假设阵列为16阵元均匀直线阵，三个线性调频信号s₀、s₁、s₂分别从10°、-20°、40°方向入射到该阵列。其中s₀是期望信号，信噪比为0dB。s₁和s₂是干扰信号，干噪比均为20dB。三者的频率范围分别为[2.9,3.95]GHz、[3,4]GHz和[3.1,4]GHz。参考频率选择f_max＝4GHz。相邻阵元间距为Δd＝0.5λ_min，其中λ_min为最高频率f_max对应的波长。采样率为2f_max，快拍数为200。期望信号入射角度的最大可能偏差设为Δθ＝5°。期望信号入射角度的估计值为有3°的偏差。

利用进行预延迟补偿后，s₀、s₁和s₂的入射角度变为-2.94°、-34.54°和24.7°。图5给出了不同频率下的阵列响应，由图可知每个波束均在干扰来向上形成零陷且在[-5°,5°]范围内形成平顶相应，说明波束形成器能够有效地抑制干扰信号，并无失真地输出期望信号。图6给出了输出信号的频谱图，可以看出在角度误差、强干扰和低信噪比的条件下，本发明的方法依然能够无失真地恢复出期望信号。

本发明首先利用宽带信号的空间特征将其等效为多个相邻来向的窄带阵列信号，利用单源点估计每个信号的延迟矢量，并进一步求得期望信号在不同调频点上的导向矢量和干扰加噪声协方差矩阵，最后利用窄带波束形成器实现对宽带期望信号的空域滤波，通过多角度线性约束实现目标信号的无失真输出，从而实现有效的宽带波束形成，实现了对宽带信号的增强，得到更纯净的无人机遥控信号。不同于以往的宽带阵列增强技术，本发明无需利用抽头延迟线，有效降低了***复杂度和信号处理维度，更有利于工程实践。此外，本发明通过构造干扰加噪声协方差矩阵将期望信号从原有协方差矩阵中去除，从而提高波束形成的稳健性，且运算速度优于传统信号增强方法。

对应上述宽带弱信号增强方法，本发明还提出一种宽带弱信号增强装置，该宽带弱信号增强装置包括补偿单元、窄带阵列信号模型构建单元、加权矢量计算单元和输出单元，其中：

补偿单元用于利用宽带信号中期望信号的估计入射角度补偿宽带信号在不同天线阵元上的传播时延，补偿后在各天线阵元上得到入射角度为设定入射角度的宽带信号。

窄带阵列信号模型构建单元用于将每个宽带信号等效到同一频率下形成不同入射角度的窄带阵列信号的叠加，将宽带信号的导向矢量等效成窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量，该入射角度区间为不同入射角度的角度区间，根据窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量构建窄带阵列信号模型。

加权矢量计算单元用于计算窄带阵列信号模型的协方差矩阵，计算入射角度为设定入射角度的导向矢量，根据协方差矩阵和导向矢量计算加权矢量；输出单元用于根据加权矢量和补偿后得到的宽带信号，确定宽带信号中的期望信号。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种宽带弱信号增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用宽带信号中期望信号的估计入射角度补偿期望信号在不同天线阵元上的传播时延，补偿后在各天线阵元上得到入射角度为设定入射角度的宽带信号；

2)将每个宽带信号等效到同一频率下形成不同入射角度的窄带阵列信号的叠加，将宽带信号的导向矢量等效成窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量，该入射角度区间为所述不同入射角度的角度区间，根据所述窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量构建窄带阵列信号模型；

3)计算窄带阵列信号模型的协方差矩阵，计算入射角度为所述设定入射角度的导向矢量，根据所述协方差矩阵和导向矢量计算加权矢量；所述加权矢量是根据所述设定入射角度的导向矢量以及所述窄带阵列信号模型的协方差矩阵或干扰加噪声协方差矩阵，并利用多角度约束方法得到的；利用多角度约束方法求加权矢量的公式为：

式中，w为加权矢量，为干扰加噪声协方差矩阵的逆矩阵，C为约束矩阵，C＝[a(f_h,-Δθ),a₀,a(f_h,Δθ)]，其中，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量，a(f_h,Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差的导向矢量，a(f_h,-Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差取负值的导向矢量，h为相应向量，

4)根据加权矢量和所述补偿后得到的宽带信号，确定宽带信号中的期望信号。

2.根据权利要求1所述的宽带弱信号增强方法，其特征在于，步骤3)中，当干扰信号的入射角度已知时，根据干扰信号的入射角度和窄带阵列信号模型的协方差矩阵计算干扰信号的协方差矩阵，将所述干扰信号的协方差矩阵和估计的噪声协方差矩阵相加得到干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量。

3.根据权利要求1所述的宽带弱信号增强方法，其特征在于，步骤3)中，当干扰信号的入射角度未知时，根据窄带阵列信号模型的协方差矩阵构造干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量，所述干扰加噪声协方差矩阵的公式如下：

式中，为干扰加噪声协方差矩阵，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，为干扰和噪声来向区间，为窄带阵列信号的入射角度，表示频率为f_h、入射角度为的窄带阵列信号的导向矢量，为的共轭转置矩阵。

4.根据权利要求1所述的宽带弱信号增强方法，其特征在于，步骤2)所述宽带信号的等效公式为：

式中，为时刻t的宽带信号，为在时刻t、频率f_i上的窄带阵列信号，f_i∈[f_l,f_h]表示频率f_i的范围在所述宽带信号的最低频率f_l和最高频率f_h之间。

5.根据权利要求4所述的宽带弱信号增强方法，其特征在于，所述窄带阵列信号模型为：

式中，为等效的时刻t的窄带阵列信号，为窄带阵列信号的入射角度区间，为根据频率f_h、入射角度的窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量。

6.根据权利要求1所述的宽带弱信号增强方法，其特征在于，通过以下公式确定宽带信号中的期望信号：

式中，y(t)为所述宽带信号中的期望信号，w^H为加权矢量w的共轭转置矩阵，为进行所述补偿后得到的宽带信号。

7.一种宽带弱信号增强装置，其特征在于，包括补偿单元、窄带阵列信号模型构建单元、加权矢量计算单元和输出单元，其中：

补偿单元用于利用宽带信号中期望信号的估计入射角度补偿宽带信号在不同天线阵元上的传播时延，补偿后在各天线阵元上得到入射角度为设定入射角度的宽带信号；

窄带阵列信号模型构建单元用于将每个宽带信号等效到同一频率下形成不同入射角度的窄带阵列信号的叠加，将宽带信号的导向矢量等效成窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量，该入射角度区间为所述不同入射角度的角度区间，根据所述窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量构建窄带阵列信号模型；

加权矢量计算单元用于计算窄带阵列信号模型的协方差矩阵，计算入射角度为所述设定入射角度的导向矢量，根据所述协方差矩阵和导向矢量计算加权矢量；所述加权矢量是根据所述设定入射角度的导向矢量以及所述窄带阵列信号模型的协方差矩阵或干扰加噪声协方差矩阵，并利用多角度约束方法得到的；利用多角度约束方法求加权矢量的公式为：

式中，w为加权矢量，为干扰加噪声协方差矩阵的逆矩阵，C为约束矩阵，C＝[a(f_h,-Δθ),a₀,a(f_h,Δθ)]，其中，a₀为入射角度为设定入射角度的导向矢量，a(f_h,Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差的导向矢量，a(f_h,-Δθ)为频率为所述宽带信号的最高频率f_h、入射角度为最大估计偏差取负值的导向矢量，h为相应向量，

输出单元用于根据加权矢量和所述补偿后得到的宽带信号，确定宽带信号中的期望信号。

8.根据权利要求7所述的宽带弱信号增强装置，其特征在于，所述加权矢量计算单元还用于：当干扰信号的入射角度已知时，根据干扰信号的入射角度和窄带阵列信号模型的协方差矩阵计算干扰信号的协方差矩阵，将所述干扰信号的协方差矩阵和估计的噪声协方差矩阵相加得到干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量。

9.根据权利要求7所述的宽带弱信号增强装置，其特征在于，所述加权矢量计算单元还用于：当干扰信号的入射角度未知时，根据窄带阵列信号模型的协方差矩阵构造干扰加噪声协方差矩阵，根据干扰加噪声协方差矩阵和导向矢量计算得到加权矢量，所述干扰加噪声协方差矩阵的公式如下：

式中，为干扰加噪声协方差矩阵，为窄带阵列信号模型的协方差矩阵的逆矩阵，为干扰和噪声来向区间，为窄带阵列信号的入射角度，表示频率为f_h、入射角度为的窄带阵列信号的导向矢量，为的共轭转置矩阵。

10.根据权利要求7所述的宽带弱信号增强装置，其特征在于，所述宽带信号的等效公式为：

式中，为时刻t的宽带信号，为在时刻t、频率f_i上的窄带阵列信号，f_i∈[f_l,f_h]表示频率f_i的范围在所述宽带信号的最低频率f_l和最高频率f_h之间。

11.根据权利要求10所述的宽带弱信号增强装置，其特征在于，所述窄带阵列信号模型为：

式中，为等效的时刻t的窄带阵列信号，为窄带阵列信号的入射角度区间，为根据频率f_h、入射角度的窄带阵列信号在入射角度区间的导向矢量。

12.根据权利要求7所述的宽带弱信号增强装置，其特征在于，通过以下公式确定宽带信号中的期望信号：

式中，y(t)为所述宽带信号中的期望信号，w^H为加权矢量w的共轭转置矩阵，为进行所述补偿后得到的宽带信号。