CN111665476A - 基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法 - Google Patents
基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111665476A CN111665476A CN202010639993.2A CN202010639993A CN111665476A CN 111665476 A CN111665476 A CN 111665476A CN 202010639993 A CN202010639993 A CN 202010639993A CN 111665476 A CN111665476 A CN 111665476A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- covariance matrix
- signal
- interference
- subspace
- matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 6
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/36—Means for anti-jamming, e.g. ECCM, i.e. electronic counter-counter measures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/35—Details of non-pulse systems
- G01S7/352—Receivers
- G01S7/354—Extracting wanted echo-signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法,包括以下步骤:对样本协方差矩阵进行特征值分解,求得采样信号协方差矩阵的信号子空间;根据信号的导向矢量估计值,计算所有信号的协方差矩阵;计算干扰加噪声协方差矩阵和波束形成权向量;本发明中改进的稳健自适应波束形成方法有效可行,性能可靠。
Description
技术领域
本发明属于雷达技术领域,特别是一种基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成算法。
背景技术
在实际应用中,接收数据的理论协方差矩阵是未知的,一般使用样本协方差矩阵代替,但是样本协方差矩阵容易受到样本数的影响从而导致协方差矩阵误差。对于期望信号的导向矢量,它是刻画阵列结构和期望信号来波方向的矢量函数,因此往往会受到先验知识、工艺精度和环境变换等一些不利因素的影响,而出现一定程度的误差。标准Capon波束形成器对这些不理想条件引起的协方差矩阵误差和导向矢量误差是高度敏感的,容易引起性能急剧恶化,甚至比静态波束形成器的性能都差。这是因为在这些非理想条件下,存在期望信号被当作干扰抑制掉(这一现象被称作信号“自消”现象)的风险,尤其是使用含有期望信号成分的采样协方差矩阵计算权矢量时,波束形成性能会更加糟糕,直接影响后续信号检测与估计,产生无法估量的后果。
现有技术存在的问题在于:(1)无法以较高精度获得每个目标所对应的导向矢量;(2)无法消除采样协方差矩阵中的期望信号(SOI)成分。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法。
技术方案
一种基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:利用雷达接收待测目标的回波;
步骤2:重构各目标回波信号协方差矩阵,求得各矩阵信号子空间;对样本协方差矩阵进行特征值分解,求得采样信号协方差矩阵的信号子空间;
BS=[b1,b2,…,bJ]
J满足:
其中ρ为设定的常数,满足0<ρ<1;
US=[V1,V2,…,VD]
D满足:
其中ε为设定的常数,满足0<ε<1;
步骤3:根据每个信号的导向矢量估计值,重构出该信号协方差矩阵;
步骤3-1:得到所有信号的导向矢量:
步骤3-2:重构出所有目标回波信号的协方差矩阵:
步骤4:求得所有信号的协方差矩阵,计算干扰加噪声协方差矩阵;
当第z个目标回波信号为期望信号时,其他目标为干扰,计算干扰加噪声协方差矩阵:
干扰加噪声协方差矩阵为:
步骤5:利用干扰加噪声协方差矩阵和期望信号导向矢量得到权矢量:
一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的方法的步骤。
有益效果
本发明提出的一种基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成算法,所述算法包括以下步骤:对样本协方差矩阵进行特征值分解,求得采样信号协方差矩阵的信号子空间;根据信号的导向矢量估计值,计算所有信号的协方差矩阵;计算干扰加噪声协方差矩阵和波束形成权向量。本发明中改进的稳健自适应波束形成方法有效可行,性能可靠。
与现有技术相比,其显著优点在于:(1)通过子空间的方法,可以有效减少近似误差,并且以较高精度获得每个目标所对应的导向矢量;(2)可以从根本上消除采样协方差矩阵中的期望信号(SOI)成分。
附图说明
图1是本发明基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成算法的流程图。
图2是本发明算法归一化方向图。
图3是本发明输出SINR随SNR变化曲线。
图4是本发明输出SINR随DOA失配变化曲线图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
结合图1,一种利用本发明的基于干扰加噪声协方差矩阵重构的稳健波束形成算法,方法步骤如下:
步骤1、利用雷达接收回波信号;
步骤2、对样本协方差矩阵进行特征值分解,求得采样信号协方差矩阵的信号子空间;
BS=[b1,b2,…,bJ]
J满足:
其中ρ为设定的常数,满足0<ρ<1。
US=[V1,V2,…,VD]
D满足:
其中ε为设定的常数,满足0<ε<1。
步骤3、根据Sp和Sx,分别得到P个信号的协方差矩阵;
步骤3-1、得到所有信号的导向矢量
步骤3-2、精确重构出所有目标回波信号的协方差矩阵:
步骤4、当第z个目标回波信号为期望信号时,其他目标为干扰,计算干扰加噪声协方差矩阵
干扰加噪声协方差矩阵为:
步骤5、得到权向量。
期望信号来波方向为θ1=0°,干扰为θ2=-30°,快拍数为200,步骤2-1中I设为50,期望信号DOA失配5°,波束方向图如图2所示。从图中可以看出,所提算法可以将主波束方向对准期望信号,其中OPT为基于最大输出SINR准则的最优波束形成算法,DL为对角加载算法,MVDR为MVDR算法。
为验证算法输出SINR随SNR的变化,设置SNR从-10dB变化到20dB,干噪比INR=20dB。输出SINR随SNR变化如图3所示。从图中可以看出,所提算法的输出SINR随着SNR增大而增大。
为了验证所提算法输出SINR在DOA失配时的性能,设置DOA失配误差从-5°变化到5°,输入SNR=15dB,INR=20dB。输出SINR随DOA失配误差变化如图4所示。从图中可以看出,所提算法的输出SINR未被DOA失配误差影响,因此具有稳健性。
Claims (3)
1.一种基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:利用雷达接收待测目标的回波;
步骤2:重构各目标回波信号协方差矩阵,求得各矩阵信号子空间;对样本协方差矩阵进行特征值分解,求得采样信号协方差矩阵的信号子空间;
BS=[b1,b2,…,bJ]
J满足:
其中ρ为设定的常数,满足0<ρ<1;
US=[V1,V2,…,VD]
D满足:
其中ε为设定的常数,满足0<ε<1;
步骤3:根据每个信号的导向矢量估计值,重构出该信号协方差矩阵;
步骤3-1:得到所有信号的导向矢量:
步骤3-2:重构出所有目标回波信号的协方差矩阵:
步骤4:求得所有信号的协方差矩阵,计算干扰加噪声协方差矩阵;
当第z个目标回波信号为期望信号时,其他目标为干扰,计算干扰加噪声协方差矩阵:
干扰加噪声协方差矩阵为:
步骤5:利用干扰加噪声协方差矩阵和期望信号导向矢量得到权矢量:
2.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述方法的步骤。
3.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010639993.2A CN111665476B (zh) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010639993.2A CN111665476B (zh) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111665476A true CN111665476A (zh) | 2020-09-15 |
CN111665476B CN111665476B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=72391053
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010639993.2A Active CN111665476B (zh) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | 基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111665476B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5371506A (en) * | 1993-07-19 | 1994-12-06 | General Electric Co. | Simultaneous multibeam approach for cancelling multiple mainlobe jammers while preserving monopulse angle estimation accuracy on mainlobe targets |
CN104408278A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-03-11 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于干扰噪声协方差矩阵估计的稳健波束形成方法 |
CN105204006A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-30 | 电子科技大学 | 基于子空间的干扰噪声协方差矩阵重构的波束形成方法 |
CN106788653A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-31 | 西安电子科技大学 | 一种基于协方差矩阵重构的自适应波束形成方法 |
CN107124216A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-09-01 | 广东精点数据科技股份有限公司 | 一种针对阵列误差的Capon稳健自适应波束形成方法及*** |
CN107167778A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-09-15 | 电子科技大学 | 一种基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健波束形成方法 |
CN107276658A (zh) * | 2017-07-01 | 2017-10-20 | 蔡绍滨 | 色噪声下基于协方差矩阵重构的波束形成方法 |
CN108872946A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-11-23 | 西安电子科技大学 | 导向矢量和协方差矩阵联合迭代的稳健波束形成方法 |
CN110113085A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-09 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种基于协方差矩阵重构的波束形成方法及*** |
-
2020
- 2020-07-06 CN CN202010639993.2A patent/CN111665476B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5371506A (en) * | 1993-07-19 | 1994-12-06 | General Electric Co. | Simultaneous multibeam approach for cancelling multiple mainlobe jammers while preserving monopulse angle estimation accuracy on mainlobe targets |
CN104408278A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-03-11 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于干扰噪声协方差矩阵估计的稳健波束形成方法 |
CN105204006A (zh) * | 2015-10-19 | 2015-12-30 | 电子科技大学 | 基于子空间的干扰噪声协方差矩阵重构的波束形成方法 |
CN106788653A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-31 | 西安电子科技大学 | 一种基于协方差矩阵重构的自适应波束形成方法 |
CN107124216A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-09-01 | 广东精点数据科技股份有限公司 | 一种针对阵列误差的Capon稳健自适应波束形成方法及*** |
CN107276658A (zh) * | 2017-07-01 | 2017-10-20 | 蔡绍滨 | 色噪声下基于协方差矩阵重构的波束形成方法 |
CN107167778A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-09-15 | 电子科技大学 | 一种基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健波束形成方法 |
CN108872946A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-11-23 | 西安电子科技大学 | 导向矢量和协方差矩阵联合迭代的稳健波束形成方法 |
CN110113085A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-09 | 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 | 一种基于协方差矩阵重构的波束形成方法及*** |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
叶中付 等: "基于协方差矩阵重构的稳健自适应波束形成算法综述", 数据采集与处理, vol. 34, no. 6, pages 962 - 972 * |
季科;王洪雁;裴炳南;: "基于协方差矩阵重构的稳健Capon波束形成算法", 计算机仿真, no. 05, pages 216 - 219 * |
李鹏 等: "基于导向矢量估计的鲁棒波束形成", 雷达科学与技术, vol. 18, no. 1, pages 21 - 26 * |
郭业才 等: "基于协方差矩阵重构的稳健波束形成算法", 实验室研究与探索, vol. 39, no. 3, pages 1 - 5 * |
陈明建;龙国庆;黄中瑞;: "基于协方差矩阵重构稳健波束形成算法", 兵器装备工程学报, no. 04, pages 1 - 6 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111665476B (zh) | 2024-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107167778B (zh) | 一种基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健波束形成方法 | |
CN111651719B (zh) | 基于收缩估计协方差矩阵重构稳健自适应波束形成方法 | |
CN110045321B (zh) | 基于稀疏和低秩恢复的稳健doa估计方法 | |
CN107276658B (zh) | 色噪声下基于协方差矩阵重构的波束形成方法 | |
US11532883B2 (en) | Beamforming techniques implementing the iterative adaptive approach (IAA) | |
CN111123252B (zh) | 一种杂波环境中信号失配时的扩展目标检测方法 | |
CN108710103B (zh) | 基于稀疏阵列的强弱多目标超分辨测向与信源数估计方法 | |
CN105137409B (zh) | 基于幅相约束的目标信号稳健空时自适应处理方法 | |
CN105335336A (zh) | 一种传感器阵列的稳健自适应波束形成方法 | |
CN110687528B (zh) | 自适应波束形成器生成方法及*** | |
CN103293517B (zh) | 基于脊参数估计的对角加载稳健自适应雷达波束形成方法 | |
CN111126318A (zh) | 一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法 | |
CN110138430B (zh) | 期望信号doa误差下基于导向矢量估计的稳健宽带波束形成方法 | |
CN109725298B (zh) | 一种基于秩损求根的阵列流型误差校准和波达方向估计方法 | |
CN115372925A (zh) | 一种基于深度学习的阵列稳健自适应波束形成方法 | |
CN108828586B (zh) | 一种基于波束域的双基地mimo雷达测角优化方法 | |
CN111257863B (zh) | 一种高精度多点线性约束的自适应单脉冲测向方法 | |
CN110361697B (zh) | 一种基于协方差矩阵混合重构的稳健波束形成方法 | |
CN111665476B (zh) | 基于子空间方法的干扰协方差矩阵重构的稳健波束形成方法 | |
Suleesathira | Robust null broadening beamforming based on adaptive diagonal loading for look direction mismatch | |
CN109407047B (zh) | 一种基于秩损求根的幅相误差校准和波达方向估计方法 | |
CN112147590B (zh) | 一种基于响应估计频域拟合的通道均衡方法 | |
CN111693948B (zh) | 基于角度区域约束的导向矢量估计方法 | |
Xie et al. | An optimal robust adaptive beamforming in the presence of unknown mutual coupling | |
CN114487993A (zh) | 一种均匀圆阵相关干涉仪测向方法及*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |