(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210812200.1 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 巩朋成　张峻嘉　徐开彦　李利荣　 吴方祥　戴晗　李婕　贺章擎　 (74)专利代理 机构 武汉华强专利代理事务所 (普通合伙) 42237 专利代理师 肖畅 (51)Int.Cl. H04B 7/06(2006.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于交替方向惩罚的频率一致宽带波束形 成方法及系统 (57)摘要 本发明公开了基于交替方向惩罚的频率一 致宽带波束形成方法及系统， 该方法包括： 步骤 一， 以hH(ωn)Γ(ωn)h(ωn)最小为目标函数， 结 合无失真约束、 主瓣约束、 副瓣约束以及白噪声 增益约束构建优化问题； 其中， h(ωn)表示角频 率ωn对应的权值向量， Γ(ωn)表示伪相干矩 阵； 步骤二， 利用交替方向惩罚法求解优化问题 获得最优权值向量； 步骤三， 将最优的权值向量 与导向矢量相乘结果作为频率一致宽带波束形 成。 本发明设计了频率一致波束形成器， 可以确 保近似频率一致以及频率相关的白噪声增益值； 且对交替方向法进行改进， 可以更高效的求解优 化问题。 权利要求书4页 说明书17页 附图9页 CN 115276746 A 2022.11.01 CN 115276746 A 1.基于交替方向惩罚的频率 一致宽带波 束形成方法， 其特 征是， 包括： 步骤一， 以hH(ωn)Γ(ωn)h(ωn)最小为目标函数， 结合无失真约束、 主瓣约束、 副瓣约 束以及白噪声增益约束构建优化问题； 其中， h(ωn)表示角频率ωn对应的权值向量， Γ (ωn)表示伪相干矩阵； 步骤二， 利用交替方向惩罚法求 解优化问题获得最优权值向量， 该步骤进一 步包括： 2.1引入似实值助变量和对偶辅助向量重新表达优化问题； 2.2引入各线性约束的缩放对偶变量构造优化问题的增广拉格朗日函数； 2.3对权值向量、 似实值助变量、 对偶辅助向量、 惩罚因子、 缩放对偶 变量进行交叉迭代 求解； 2.4重复子步骤2.3直至 达到收敛条件， 此时的权值向量即最优的权值向量； 步骤三， 将最优的权值向量与导向矢量相乘结果作为频率 一致宽带波 束形成。 2.如权利要求1所述的基于交替方向惩罚的频率 一致宽带波 束形成方法， 其特 征是： 步骤一所构建的优化问题如下： 其中： h(ωn)表示角频率ωn对应的权值向量， Γ(ωn)表示伪相干矩阵； hH(ωn)d(ωn， cosθd)＝1为无失真约束， d(ωn， cosθd)为角频率ωn对应的导向矢量， θd 为期望信号的入射方向角； hH(ωn)h(ωn)≤γ(ωn)为白噪声增益约束， γ(ωn)为角频率ωn处白噪声增益的上 限； 分别为主瓣约束 和旁瓣约束； 分别为主瓣区域和副瓣区域的波束图向量， Dm(ωn)、 Ds(ωn)分别为角频率ωn 下覆盖主瓣区域和副瓣区域的导向矢量所组成的导向矩阵， ε1(ωn)和 ε2(ωn)分别为主瓣 和副瓣对应的正 误差参数； 以及子步骤2.1中重新表达的优化问题如下：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115276746 A 2其中： s1(ωn)和s2(ωn)为引入的似实值助变量， z(ωn)为引入的对偶辅助向量。 3.如权利要求1所述的基于交替方向惩罚的频率 一致宽带波 束形成方法， 其特 征是： 子步骤2.2中构造的增广拉格朗日函数如下： 其中： ρ1、 ρ2、 ρ3、 ρ4均为自定义的惩罚因子， 也即迭代步长， ρ1＞0， ρ2＞0， ρ3＞0， ρ4＞0； λ (ωn)为拉格朗日乘子； μ(ωn)为线性约束hH(ωn)d(ωn， cosθd)＝1对应的缩放对偶变量； v(ωn)为线性约束z(ωn)＝h(ωn)对应的缩放对偶变量； w(ωn)为线性约束 对应的缩放对偶变量； r(ωn)为线性约束 对应的缩放对偶变量。 基于上述构造的增广拉格朗日函数， 子步骤2.3进一 步包括： 2.3a初始化权值向量、 似实值助变量、 对偶辅助向量、 惩罚因子、 缩放对偶变量； 2.3b基于似实值助变量、 对偶辅助向量、 惩罚因子、 缩放对偶变量的当前值， 通过求解 无约束优化问题， 对权值向量进行 更新； 2.3c基于权值向量、 似实值助变量、 惩罚因子、 缩放对偶变量的当前值， 仅在与对偶辅 助向量相关的约束条件下求 解优化问题， 对偶辅助向量进行 更新； 2.3d基于权值向量、 对偶辅助向量、 惩罚因子、 缩放对偶变量的当前值， 仅在与似实值 助变量相关的约束条件下求 解优化问题， 对 似实值助变量进行 更新；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115276746 A 3