CN107085202A - 一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统 - Google Patents

一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107085202A
CN107085202A CN201710228126.8A CN201710228126A CN107085202A CN 107085202 A CN107085202 A CN 107085202A CN 201710228126 A CN201710228126 A CN 201710228126A CN 107085202 A CN107085202 A CN 107085202A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mutual coupling
matrix
vector
signal
capon
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.)
Pending
Application number
CN201710228126.8A
Other languages
English (en)
Inventor
麻建
吴剑文
何伟潮
单小红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Fine Point Data Polytron Technologies Inc
Original Assignee
Guangdong Fine Point Data Polytron Technologies Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Fine Point Data Polytron Technologies Inc filed Critical Guangdong Fine Point Data Polytron Technologies Inc
Priority to CN201710228126.8A priority Critical patent/CN107085202A/zh
Publication of CN107085202A publication Critical patent/CN107085202A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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

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)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明涉及阵列天线的信号处理领域，具体涉及一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统,波束形成系统包括方向矢量估计器、采样器、互耦矩阵形成器、权矢量形成器和波束形成器，该波束形成系统的方法包括以下步骤，采样数据、获取互耦矩阵、权矢量计算、导向向量和波束形成。本发明通过互耦矩阵对接收的阵列数据进行补偿，校正了接收的阵列数据中的互耦误差，提高了自适应波束形成算法的稳健性；互耦矩阵校正了阵列数据的互耦误差，在干扰信号方向精确地形成了零陷，还提高了期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比。

Description

一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统
技术领域
本发明涉及阵列天线的信号处理领域，具体涉及一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统。
背景技术
基于阵列天线的各种优势与现有技术的要求，阵列天线在雷达、地震勘测、声呐、移动通信、射电天文和电子医疗工程等应用方面有着重要的地位。在应用阵列天线时，对阵列信号的处理显得尤为重要，因为阵列天线信号多且包含了较多的干扰，只有对阵列信号进行有效的提取和处理才能识别出我们所需要的信号。
Capon自适应波束形成技术指的是，让阵列的输出信号的功率和干扰信号加噪声信号的功率的比值最大，波束的主瓣一定要对准期望信号方向,而在干扰信号方向要形成零陷,这样就可以达到增强期望信号的同时也抑制干扰信号的效果,并能够使得输出信号的信干噪比达到最大,即能够有效地提高阵列的输出性能。
但是，现有的Capon自适应波束形成容易受到阵列信号中的互耦误差影响，使Capon波形形成的稳定性差、无法精确地在干扰信号方向形成零限，且期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比偏低，不能起到增强期望信号，抑制干扰信号的目的。
发明内容
本发明提供了一种稳健性好且天线增益比高的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统。
本方案中的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成系统，包括：
方向矢量估计器，对波达方向角度进行估计，各个方向角度形成了方向矢量；
采样器，对阵列信号进行多次采样，得到信号加干扰的采样协方差矩阵；
互耦矩阵形成器，根据接收到的阵列信号形成互耦矩阵；
权矢量形成器，权矢量形成器，对方向矢量估计器得到的方向矢量、采样器得到的采样协方差矩阵和来自互耦矩阵形成器的输出进行处理，得到权矢量；
波束形成器，根据权矢量形成器得到的权矢量进行波束形成。
本方案的有益效果是：1.通过互耦矩阵对接收的阵列数据进行补偿，校正了接收的阵列数据中的互耦误差，提高了自适应波束形成算法的稳健性；2.互耦矩阵校正了阵列数据的互耦误差，在干扰信号方向精确地形成了零陷，还提高了期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比。
进一步，方向矢量中的波达方向角度采用基于压缩感知的波达方向角估计方法。
该方法估计得到的波达方向角度准确，保证波束形成的收敛性。
进一步，互耦矩阵形成器包括互耦误差判断器。
当发现接收到的阵列信号不存在互耦误差时，互耦误差矩阵为单位矩阵，避免过度校正。
针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成系统的波束形成方法，包括以下步骤：
S1，采样数据，通过最大似然估计法进行多次采样得到阵列的采样信号，形成信号加干扰的采样协方差矩阵R x ；
S2，获取互耦矩阵，根据接收到的阵列信号形成互耦矩阵Z -1；
S3，导向向量，通过波达方向角度估计方法得到波达信号的角度，并由波达信号的角度形成导向向量；
S4，权矢量计算，根据导向向量、协方差矩阵和互耦矩阵可形成权矢量为，；
S5，波束形成，根据获得的权矢量并最终形成信号波束。
本方法在利用互耦矩阵对接收到的具有互耦误差的阵列信号进行校正，提高了自适应算法的稳健性，保证在干扰信号方向精确地形成零陷，提高了期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比，使期望信号更突出。
进一步，互耦矩阵为满秩矩阵。
满秩矩阵保证互耦矩阵存在唯一的逆矩阵，无需在求逆矩阵时还要求其广义逆矩阵，减少了运算量。
进一步，在没有互耦误差时，互耦矩阵为单位矩阵。
互耦矩阵在没有互耦误差时为单位矩阵，避免过度校正。
附图说明
图1为本发明实施例中波束形成系统的框图结构；
图2为图1所示系统的方法流程图；
图3为标准Capon波束形成方向图；
图4为存在一定互耦误差的情况下的Capon波束形成方向图；
图5为基于压缩感知的DOA估计方法得到期望信号方向矢量以及互耦补偿法后存在互耦误差的情况下的Capon波束形成方向图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示为本实施例的波束形成系统，针对等距均匀线阵阵列天线的，采样器对阵列信号进行采样得到采样协方差矩阵，互耦矩阵形成器包括能判断是否具有互耦误差的互耦误差判断器，在具有互耦误差时，互耦矩阵形成器根据接收到的阵列信号形成互耦矩阵，权矢量形成器根据互耦矩阵和接收的阵列信号得到权矢量，权矢量和方向矢量估计器上的方向矢量最终实现波束形成。
方向矢量估计器根据基于压缩感知的波达方向角估计方法得到波达角度值，并将波达角度值组成方向矢量。
针对上述波束形成系统的形成方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1，采样数据，通过最大似然估计法进行多次采样得到阵列的采样信号，形成信号加干扰的采样协方差矩阵R x ；
S2，获取互耦矩阵，根据接收到的阵列信号形成互耦矩阵Z -1；
S3，导向向量，通过波达方向角度估计方法得到波达信号的角度，并由波达信号的角度形成导向向量；
S4，权矢量计算，根据导向向量、协方差矩阵和互耦矩阵可形成权矢量为，；
S5，波束形成，根据获得的权矢量并最终形成信号波束。
在当方向矢量仍取为时，对Y进行自适应处理后的信号输出与采用方向矢量补偿直接对X自适应处理的输出结果完全相同，进而，两者的输出信干噪比也是等价的。则最优自适应权矢量可以表示为，。
这种等效互耦补偿方法的具体做法为：只对接收的阵列数据进行补偿而导向矢量保持不变。根据上面的推导，此方法可以有效地校正互耦误差，提高自适应波速形成算法的稳健性。
对波束形成后的方向图进行仿真，使用MATLAB2012仿真软件，阵元数目设置为10，阵元数目为1，来波方向0°，干扰源数目设置为2，得到如图3至图5所示结果图，对比分析各图可以得到，通过互耦矩阵对接收的阵列数据进行补偿，校正了接收的阵列数据中的互耦误差，提高了自适应波束形成算法的稳健性；互耦矩阵校正了阵列数据的互耦误差，在干扰信号方向精确地形成了零陷，还提高了期望信号方向与干扰信号方向的天线增益比。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成系统，其特征在于，包括：
方向矢量估计器，对波达方向角度进行估计，各个方向角度形成了方向矢量；
采样器，对阵列信号进行多次采样，得到信号加干扰的采样协方差矩阵；
互耦矩阵形成器，根据接收到的阵列信号形成互耦矩阵；
权矢量形成器，对方向矢量估计器得到的方向矢量、采样器得到的采样协方差矩阵和来自互耦矩阵形成器的输出进行处理，得到权矢量；
波束形成器，根据权矢量形成器得到的权矢量进行波束形成。
2.根据权利要求1所述的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成系统，其特征在于：方向矢量中的波达方向角度采用基于压缩感知的波达方向角估计方法。
3.根据权利要求1所述的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统，其特征在于：互耦矩阵形成器包括互耦误差判断器。
4.针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成系统的波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，采样数据，通过最大似然估计法进行多次采样得到阵列的采样信号，形成信号加干扰的采样协方差矩阵Rx；
S2，获取互耦矩阵，根据微波天线理论中的测量方法可以得到互耦矩阵Z-1；
S3，导向向量，通过波达方向角度估计方法得到波达信号的角度，并由波达信号的角度形成导向向量a(θi)；
S4，权矢量计算，根据导向向量、协方差矩阵和互耦矩阵可形成权矢量为
Wx＝μRx -1Z-1a(θ0)；
S5，波束形成，根据获得的权矢量并最终形成信号波束。
5.根据权利要求4所述的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法，其特征在于：互耦矩阵为满秩矩阵。
6.根据权利要求4所述的针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法，其特征在于：在没有互耦误差时，互耦矩阵为单位矩阵。
CN201710228126.8A 2017-04-07 2017-04-07 一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统 Pending CN107085202A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710228126.8A CN107085202A (zh) 2017-04-07 2017-04-07 一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710228126.8A CN107085202A (zh) 2017-04-07 2017-04-07 一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107085202A true CN107085202A (zh) 2017-08-22

Family

ID=59611328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710228126.8A Pending CN107085202A (zh) 2017-04-07 2017-04-07 一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107085202A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108254715A (zh) * 2018-03-26 2018-07-06 中兴通讯股份有限公司 一种波达方向估计方法、设备及计算机存储介质
CN108809398A (zh) * 2018-05-29 2018-11-13 中国科学技术大学 一种基于信源个数约束的稳健自适应波束形成方法
US11158940B2 (en) 2017-03-13 2021-10-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Self-calibration of antenna array system
US11411624B2 (en) 2018-09-28 2022-08-09 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Systems and methods for correction of beam direction due to self-coupling
US11469498B2 (en) 2017-09-15 2022-10-11 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Systems and methods for self-calibration of an analog beamforming transceiver

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101149429A (zh) * 2006-09-18 2008-03-26 中国人民解放军空军工程大学导弹学院 适用于均匀圆阵的阵列互耦校正与信源测向方法
CN102082932A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 新奥特（北京）视频技术有限公司 在二次软件中更新字幕的方法及装置
CN102508228A (zh) * 2011-09-26 2012-06-20 清华大学 基于到达角误差约束的宽带波束合成方法及合成器
CN103091671A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 西安电子科技大学 基于非同心电磁矢量阵列雷达的两维波达方向估计方法
CN104931931A (zh) * 2015-05-18 2015-09-23 哈尔滨工程大学 互耦条件下基于张量实值子空间的双基地mimo雷达角度估计方法
CN105068041A (zh) * 2015-08-28 2015-11-18 哈尔滨工程大学 互耦条件下基于协方差矢量稀疏表示的单基地mimo雷达角度估计方法
CN105974366A (zh) * 2016-04-29 2016-09-28 哈尔滨工程大学 互耦条件下基于四阶累积量稀疏表示的mimo雷达波达方向估计方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101149429A (zh) * 2006-09-18 2008-03-26 中国人民解放军空军工程大学导弹学院 适用于均匀圆阵的阵列互耦校正与信源测向方法
CN102082932A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 新奥特（北京）视频技术有限公司 在二次软件中更新字幕的方法及装置
CN102508228A (zh) * 2011-09-26 2012-06-20 清华大学 基于到达角误差约束的宽带波束合成方法及合成器
CN103091671A (zh) * 2013-01-15 2013-05-08 西安电子科技大学 基于非同心电磁矢量阵列雷达的两维波达方向估计方法
CN104931931A (zh) * 2015-05-18 2015-09-23 哈尔滨工程大学 互耦条件下基于张量实值子空间的双基地mimo雷达角度估计方法
CN105068041A (zh) * 2015-08-28 2015-11-18 哈尔滨工程大学 互耦条件下基于协方差矢量稀疏表示的单基地mimo雷达角度估计方法
CN105974366A (zh) * 2016-04-29 2016-09-28 哈尔滨工程大学 互耦条件下基于四阶累积量稀疏表示的mimo雷达波达方向估计方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王鼎: "《无线电测向与定位理论及方法》", 30 June 2016 *
谢菊兰: ""共形相控阵波束形成与DOA估计算法研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
谢菊兰等: ""基于协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健自适应波束形成"", 《电波科学学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11158940B2 (en) 2017-03-13 2021-10-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Self-calibration of antenna array system
US11942694B2 (en) 2017-03-13 2024-03-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Self-calibration of antenna array system
US11469498B2 (en) 2017-09-15 2022-10-11 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Systems and methods for self-calibration of an analog beamforming transceiver
CN108254715A (zh) * 2018-03-26 2018-07-06 中兴通讯股份有限公司 一种波达方向估计方法、设备及计算机存储介质
CN108254715B (zh) * 2018-03-26 2024-05-24 中兴通讯股份有限公司 一种波达方向估计方法、设备及计算机存储介质
CN108809398A (zh) * 2018-05-29 2018-11-13 中国科学技术大学 一种基于信源个数约束的稳健自适应波束形成方法
CN108809398B (zh) * 2018-05-29 2021-05-07 中国科学技术大学 一种基于信源个数约束的稳健自适应波束形成方法
US11411624B2 (en) 2018-09-28 2022-08-09 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Systems and methods for correction of beam direction due to self-coupling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107085202A (zh) 一种针对互耦误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统
US10571544B2 (en) Direction finding using signal power
Ye et al. DOA estimation for uniform linear array with mutual coupling
CN103630910B (zh) 一种gnss接收机设备的抗干扰方法
CN109975749A (zh) 一种校正源存在条件下的短波单站直接定位方法
CN107124216A (zh) 一种针对阵列误差的Capon稳健自适应波束形成方法及系统
CN115061156A (zh) 一种基于组合导航的阵列天线抗卫星导航欺骗方法及系统
CN103412286B (zh) 基于mimo雷达的发射极化优化doa估计方法
CN112034441B (zh) 基于格林函数二维解卷积的阵不变量被动定位方法及系统
CN108020812B (zh) 基于特殊三平行线阵结构的二维doa估计方法
CN104777468A (zh) 利用雷达天线和差通道抑制雷达旁瓣截获的方法
CN112949100B (zh) 一种机载雷达抗主瓣干扰的方法
CN107607915B (zh) 基于固定地物回波的有源相控阵雷达接收通道校正方法
CN110426670B (zh) 基于tls-cs的外辐射源雷达超分辨doa估计方法
CN109283555A (zh) 卫导波束形成抑制干扰方法
CN106443610A (zh) Mimo雷达收发阵列互耦误差自校正方法
CN109507635A (zh) 利用两个未知方位辅助源的阵列幅相误差估算方法
CN111239677A (zh) 基于数字阵列的多波束被动单脉冲测角方法
CN107202975B (zh) 一种二维矢量阵阵元姿态误差校正方法
CN105807252A (zh) 基于矩形天线阵列的波达角估计方法
CN109633527A (zh) 基于低秩及几何约束的嵌入式平面麦克风阵列声源测向方法
KR101610051B1 (ko) 방위 오차 보정 방법 및 장치
JP2007121165A (ja) 校正テーブルの作成方法および到来波の方向推定方法
CN109655093A (zh) 传感器阵列的幅相误差有源校正方法
CN108828508B (zh) 一种超视距辐射源直接定位模型的性能分析方法

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170822