基于Toeplitz化的單快拍穩(wěn)健波束形成

張哲鵬　劉曉莉

摘 要： 現(xiàn)有的單快拍波束形成算法多是基于空間平滑原理提出的，缺點是損失了陣列孔徑，且降低了系統(tǒng)的自由度。對此提出了一種基于Toeplitz化的單快拍穩(wěn)健波束形成方法：首先Toeplitz化接收數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，然后根據(jù)約束準則得到實際期望信號的導向矢量，利用Capon法得到最優(yōu)權。該方法充分利用了陣列的孔徑和自由度，保證了期望信號方向的增益，且對陣列誤差具有一定的穩(wěn)健性。仿真實驗驗證了所提方法的有效性。

關鍵詞： Toeplitz化； 單快拍； 協(xié)方差矩陣； 穩(wěn)健波束形成

中圖分類號：TN911 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）08-14-05

0 引言

傳統(tǒng)的自適應波束形成算法要求用足夠多的統(tǒng)計獨立同分布數(shù)據(jù)來估計協(xié)方差矩陣，而實際環(huán)境往往呈現(xiàn)非均勻、非平穩(wěn)特性，難以獲得獨立同分布的快拍，導致采樣協(xié)方差矩陣估計出現(xiàn)偏差，自適應波束形成方法性能急劇下降，此時采用單快拍或小快拍數(shù)實現(xiàn)自適應波束形成算法顯得更為有效。現(xiàn)有的單快拍自適應波束形成方法多是基于空間平滑原理提出的，文獻[1]提出了一種基于直接數(shù)據(jù)域最小二乘（D3LS）的單快拍自適應波束形成方法，它通過空間平滑重構數(shù)據(jù)矩陣和非期望信號矩陣，利用廣義特征分解得到最優(yōu)權；文獻[2]首先利用阻塞矩陣將期望信號阻塞，對阻塞后的信號平滑重構，得到信號子空間，將期望導向矢量向信號子空間投影得到最優(yōu)權。這兩種方法在得到了自適應處理所需的樣本的同時，也損失了陣列孔徑，降低了系統(tǒng)的自由度以及目標的信噪比；……