申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2022-03-29

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN115061155B

主分类号：G01S19/21

分类号：G01S19/21;G06F17/16;H01Q1/52;H01Q21/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2022.10.04#实质审查的生效;2022.09.16#公开

摘要：本发明提供了一种抗干扰极化敏感阵列重构方法，根据信号与干扰来波方向及极化参数的先验信息，利用拉格朗日对偶松弛优化算法快速准确求解阵列在不同天线数目下对应的最大输出SINR，并且以全阵列的输出SINR和计算成本为参考，获取性能‑成本权衡曲线，选择一个使得性能与成本折衷的天线数目进行阵列重构，在确定重构阵列使用的天线数目后，获得使阵列重构后输出SINR最大的天线阵元布局，被选中的天线连接到射频前端，未使用的天线与射频前端断开连接或者连接匹配负载，进而完成阵列的重构。本发明能够快速实现极化敏感阵列重构，降低了极化敏感阵列设计的硬件成本和信号处理的复杂度，节省了馈电系统的功耗，最大程度地保证了抗干扰性能。

主权项：1.一种抗干扰极化敏感阵列重构方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：确定极化敏感阵列天线坐标：N个三正交电偶极子天线构成极化敏感阵列，天线位置坐标矩阵为： 其中pn＝[xn,yn,zn]表示第n个天线的位置坐标；步骤2：信号与干扰先验信息；在单干扰场景下，用θ表示俯仰角，表示方位角，参量表示信号的俯仰角和方位角，表示干扰的俯仰角和方位角；用参量γs,ηs表示信号的极化状态，γj,ηj表示干扰的极化状态，其中γ称为极化辅助角，η称为极化相位差，分别表示电场垂直方向和水平方向投影的幅度比和相位差，0≤γ≤π2，-π≤γ≤π；步骤3：极化空域联合导向矢量生成：信号的极化域导向矢量sps与干扰的极化域导向矢量spj，即spi表示为： 其中，i＝s,j，信号的空间到达角us和干扰的空间到达角uj，即ui表示为： 信号的空域导向矢量as和干扰的空域导向矢量aj，即ai表示为： 其中λ为信号波长；因此，信号的极化空域联合导向矢量Ss和干扰的极化空域联合导向矢量Sj，即Si表示为： 其中，表示Kronecker积；步骤4：信号与干扰的极化空间相关系数PSCC定义如下： 其中，||||2表示欧几里得范数，为空间相关系数SCC，为极化相关系数PCC；步骤5：重构极化敏感阵列的PSCC；天线选择矢量x∈RN×1，组成元素只由0或者1组成，0代表该天线未选中，1代表选中该天线，则选择使用K个天线的极化敏感阵列对应的PSCC表示为： 其中，定义ajs为信号与干扰的空间相关矢量； 表示的实部；步骤6：PSCC绝对值的平方|ξ|2的下界求解；以最大化SINR为目标，通过阵元选择进行重构的问题，其目标函数及约束条件表示为另一种方式： 利用拉格朗日对偶松弛法求解最优PSCC绝对值的平方的下界，式9的拉格朗日算子表示为： 其中，μ和ν是拉格朗日乘子，I为N维单位阵，将式10中μ和ν当作常量，关于x取最小值得到拉格朗日对偶函数为： 其中，条件1为： 其中±表示矩阵半正定，C表示矩阵的列空间，利用矩阵Schur补引理，将式11转换为线性矩阵不等式的形式：maxζ 式13是一个三变量的半定规划问题，利用凸优化内点优化方法求解得到ζ最大值ζmaxμopt,νopt，其中，μopt和νopt表示最优解，则PSCC绝对值的平方的下界为： 步骤7：最优SINR的上界求解；基于最小方差无失真响应自适应算法，选择使用K个天线的极化敏感阵列的最大输出SINR表示为：SINRout＝K·SNR1-|ξ|215其中，SNR表示信噪比，则得到K个天线的极化敏感阵列的最大输出SINR的上界SINRopt为：SINRout≤SINRopt＝K·SNR1-ζmaxμopt,νopt16步骤8：性能-成本权衡曲线的绘制；求解包含N个天线的完整极化敏感阵列的最大输出SINR，即SINRfull，表示为：SINRfull＝N·SNR1-|ξfull|217其中，ξfull为完整极化敏感阵列的PSCC，性能损失函数SINRloss为完整极化敏感阵列的最大输出SINR与重构后使用K个天线的极化敏感阵列的最大输出SINR之差，即：SINRloss＝SINRfull-SINRoptdB18定义归一化计算复杂度Gnorm为： 其中，Gopt为重构后使用K个天线的极化敏感阵列的计算复杂度，Gfull为未经重构的包含N个天线的完整极化敏感阵列的计算复杂度；分别以Gnorm为x轴，以SINRloss为y轴，绘制对应不同天线数目K的性能-成本权衡曲线；步骤9：重构极化敏感阵列使用天线数目的确定；设定关于SINRloss的门限值为σdB，要求重构后阵列与未经重构的完整阵列相比，SINR损失不得高于σdB，即：SINRloss≤σ20分析步骤8获得的性能-成本权衡曲线，选择曲线上满足条件20的最小天线数目Kmin作为阵列重构所使用的天线数目；步骤10：重构极化敏感阵列的Kmin个天线位置的确定；在天线数目Kmin确定后，|ξ|2表示为： 其中，运行迭代相关测量法1次，以确定重构极化敏感阵列的Kmin个天线位置；步骤11：极化敏感阵列重构：将步骤10所得Kmin个天线连接到射频前端，剩余N-Kmin个未使用的天线与射频前端断开连接或者连接匹配负载，完成阵列的重构；步骤12：重构后极化敏感阵列抗干扰权值计算；利用MVDR算法，计算重构后的极化敏感阵列的抗干扰权值为： 其中，是重构后通道干扰加噪声协方差矩阵Rn的逆矩阵；步骤13：重构后极化敏感阵列的自适应波束形成：用步骤12得到的抗干扰权值对通道数据做加权处理，阵列输出为：zt＝WHXt23其中，Xt为阵列重构后所选用的Kmin个天线接收的数据，zt即为完成阵列重构后，已经滤除了干扰的阵列输出信号。

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百度查询： 西北工业大学 一种抗干扰极化敏感阵列重构方法

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