59面阵数字波束形成算法研究

电子科技大学硕士学位论文面阵数字波束形成算法研究姓名：李军申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：龚耀寰20030501面阵数字波束形成算法研究作者：李军学位授予单位：电子科技大学相似文献(10条)1.期刊论文杨力生.杨士中.雷剑梅.YANGLi-sheng.YANGShi-zhong.LEIJian-mei面阵数字波束形成和对多目标跟踪的研究-电讯技术2006,46(3)用计算机仿真研究面阵天线数字波束形成(DBF)和对多目标跟踪.主要内容包括方阵列天线的方向图、圆阵列天线的方向图、圆阵列天线多目标的跟踪、跟踪前的初始搜索.文中对各种情况下面阵天线的阵因子方向图作了详细的数学分析,建立了相应的模型并进行了计算机仿真.2.期刊论文王建强.黄金杰.WangJianqiang.HuangJinjie自适应数字波束形成在大型面阵中的应用-火控雷达技术2008,37(4)ADBF技术使得雷达能根据干扰特性,自适应地在干扰方向形成零点,以对付强有源干扰.另外,大部分雷达还需要天线具有低或超低副瓣,以提高雷达在强杂波背景下检测目标的能力.随着相控阵雷达阵元数的增多,需要处理的数据量变大,在很短的时间内实现DBF面临很多问题.本文针对大型面阵,讨论了如何利用修正的采样矩阵求逆算法,在有限快拍数内根据干扰环境自适应地形成零点,同时实现天线超低副瓣性能的问题.仿真结果表明了方法的有效性.3.学位论文曹海林基于自适应数字波束形成的单脉冲技术研究2006随着导弹、卫星和宇航技术的发展，对跟踪雷达的跟踪速度、跟踪精度和跟踪距离都提出了越来越高的要求。各种先进的反雷达技术、隐身技术、反辐射导弹、电磁干扰技术使传统的雷达技术受到严重的威胁，工作环境的恶化使现代雷达系统面临的严峻挑战。雷达对无源干扰和有源干扰的抗干扰性能成为衡量现代雷达性能的重要指标。采用阵列天线技术是提高雷达抗干扰性能和生存性能的重要手段。单脉冲跟踪采用同时比较波瓣法，获取误差信号迅速，跟踪速度快、精度高，抗干扰能力强。本文的工作是围绕单脉冲技术在阵列天线雷达中的应用开展的。采用数字波束形成的技术进行单脉冲DOA估计。本文首先介绍了阵列天线的基本概念、基本原理及常用阵列天线的数学模型。利用MATLAB分析了几种自适应波束形成算法和DOA估计方法，并对各种算法的性能进行比较。文章从常规的角度捕获和跟踪技术——顺序波瓣法、圆锥扫描跟踪法出发，阐述了比相、比幅单脉冲技术原理，并设计了一种高增益低旁瓣喇叭馈源。为了克服单脉冲阵列天线雷达在主瓣和旁瓣干扰同时存在情况下，估值性能下降、不能在俯仰和方位同时进行单脉冲DOA估计的不足，本文提出了一种基于约束自适应阵列技术用于二维面阵单脉冲DOA估计。利用等距平面阵对基于约束自适应阵列的二维面阵单脉冲处理性能进行了仿真，结果表明：即使在主瓣和旁瓣干扰同时存在的情况下，约束自适应单脉冲处理技术也可以在约束范围内准确进行DOA估计。4.期刊论文李军.龚耀寰.LIJun.GONGYao-huan平面相控阵系统自适应数字波束形成技术-现代雷达2005,27(12)面阵是雷达系统的主要形式之一,文中主要研究平面相控阵系统的自适应数字波束形成算法.面阵系统所用阵元数多,数据量大,要实现DBF有很大难度,目前针对面阵DBF技术的研究也较少.文中介绍了基于面阵的SMI自适应DBF算法,该算法有较好的性能,适于大型阵列的处理实现.为了提高实时性,改善SMI算法的副瓣性能,常常采用对角加载(DL)技术.DL加载值的选择非常关键,对此也进行了详细的讨论,并提出对角加载不仅可以改善SMI算法的副瓣性能,还可以在一定程度上抑制阵列通道幅相起伏误差对算法性能的影响.5.学位论文赵光辉基于SIAR体制的稀布阵米波雷达若干问题研究2008基于综合脉冲孔径(SIAR)体制的稀布阵米波雷达发射采用多频正交信号发射，由于不形成发射方向图，其在全空域可以实现等功率能量覆盖，相应的接收自由度可以大大提高；同时由于发射接收天线阵元稀布，通过优化设计阵元位置得到较窄的发射、接收波束以及较低的旁瓣电平，有利于减少多径回波的接收。作为一种米波分布阵体制雷达，该雷达具有良好的反隐身和对抗反辐射导弹的能力，且作用距离远，衰减比微波波段要小，但米波雷达波束宽，角分辨力较差，天线副瓣高，抗干扰能力差等缺点比较明显，特别是俯仰上波束打地，仰角测量精度受到地面(或海面)多径反射的影响较为严重，从而影响了米波雷达对目标高度的准确测量。为针对上述诸多问题，本文从以下几方面展开工作，具体工作概括如下：1.研究稀布阵米波雷达在阵元数有限、阵列孔径有限、水平维和垂直维分别存在最小阵元间距等约束条件下的天线方向图综合问题。该雷达采用稀布天线，为了降低旁瓣电平，天线综合过程中同时考虑发射方向图和接收方向图的影响，将阵元间距的稀疏约束从规则栅格扩展为仅有两维坐标的约束，提出采用二次编码的改进遗传算法，有效地解决了该雷达天线方向图综合中低旁瓣电平设计问题。结合某工程项目给出了某米波雷达天线阵优化结果。2.针对同时辐射多载频的正交信号、收发天线稀布且不共用的基于SIAR体制稀布阵米波雷达，以及在低仰角目标回波存在多径现象等问题，提出一种适用于SIAR体制稀布阵米波雷达的方向综合方法，该方法同时在方位和俯仰两维进行数字波束形成(DBF)；并结合多载频工作体制，研究了基于多径相干信号分离的稀疏面阵广义MUSIC算法。该方法将发射天线、接收天线的相位延迟同时补偿，在接收端对发射波束进行两维方向综合，提高了雷达的角分辨力和测角精度；并通过降维处理减少了运算量。3.从模糊函数的角度出发，深入分析了稀疏面阵方位、俯仰二维角度分辨率，详细推导了多径情况下，单目标、多目标的方位、俯仰角度的克拉美·罗界(CRB)，为超分辨算法奠定了理论基础。4.针对SIAR体制下稀布阵米波雷达信号处理流程中测距误差对角度测量的影响，考虑到采样过程中距离维存在量化误差，将超分辨思想引入到距离测量中，提出了距离维超分辨处理方法；且由于发射采用多载频信号，回波信号通道分离后若能进行带宽合成，则相应距离分辨率会比单根天线提高数倍，有利于后续检测与跟踪。针对该体制雷达设计中调频带宽和载频差的不同选取，研究分别采用时频域频谱拼接及频谱外推与Root-MUSIC算法相结合的方法，继而得到目标高分辨距离像。5.由于低仰角目标回波中存在多径信号，使得米波雷达难以对低仰角目标进行高度测量，为此提出一种适用于多径信号情况下的波达方向估计的迭代方法。该方法将回波信号的相关矩阵，在各个信号子空间中交替投影，可以同时对直达波和反射波进行较精确的波达方向估计，进而有效解决了米波雷达低仰角目标高度测量问题；结合平坦阵地反射模型，提出一种适用于多径情况下的波达方向估计方法。该方法通过差分处理，补偿了多径信号回波相位，使得接收回波中仅包含直达波信号，对差分后数据进行常规数字波束形成即可得到目标俯仰角。上述方法通过某米波试验雷达的实测数据进行了可行性与有效性验证。6.期刊论文郑勇健.潘成胜.肖志东等边三角形面阵LMS算法的研究-科技创新导报2008,(2)天线阵元的排列是影响自适应数字波束形成的重要因素,自适应波束形成算法是数字波束形成的核心.本文对等边三角形面阵的阵元排列结构和阵列响应方向进行了研究,同时用LMS算法对等边三角形面阵进行了自适应波束形成的仿真,为等边三角形面阵其他形式的自适应算法提供了具体参考.7.学位论文苏保伟阵列数字波束形成技术研究2006自适应阵列技术是阵列信号处理的重要分支之一，在雷达、通信、声纳、导航、语音信号处理等军事和民用领域有着广阔的发展前景，特别是近年来已成为新一代多功能自适应有源相控阵雷达和移动通信智能天线中的关键技术。自适应阵列技术经历了近半个世纪的发展，取得了丰硕的研究成果，并逐步走向工程实用化，但对自适应阵列技术的研究远非完善。本文主要研究阵列信号自适应波束形成技术，总结了常用的波束形成算法及误差模型，对主瓣干扰、固定扰动干扰的抑制进行了研究，并研究了虚拟变换在阵列信号波束形成中的应用；研究分析了自适应方向图控制；对旁瓣相消时辅助天线阵元不同摆放形式、位置对相消性能的影响进行了研究。本文的主要工作和创新点概括如下：1、在自适应干扰对消时，当存在主瓣干扰且有期望信号混入或者干扰信号和期望信号相干时，用常规波束形成方法将在所有干扰方向形成零陷，而且期望信号也会被抑制，这会引起主瓣变形从而影响抗干扰性能。本文第三章提出一种改进的阻塞矩阵方法，先对接收数据进行预处理，消除它们对计算数据协方差阵的影响，再用其它方法确定自适应权值。本方法可以同时对具有先验方向信息的多个主瓣干扰和相干干扰进行处理，并对非均匀阵列也推导出相应的阻塞公式，理论分析和计算机仿真表明用阻塞矩阵方法可以获得较大的性能提升。2、在自适应阵列处理中，由于用于权值计算的训练快拍数据与当前被加权处理接收的快拍数据之间存在延迟，对于运动干扰，干扰角度快速变化，形成的自适应方向图零陷不能及时对准当前实际干扰角度，造成干扰不能被有效抑制。用传统的零陷加宽方法就既要对付固定强干扰，又要对付随机方向干扰，计算量大而且加宽零陷方法消耗了系统自由度。本文第四章提出固定零陷加宽方法SNW可以很好的解决这个问题，既形成宽零陷，又不增加太多计算负担。3、在阵列信号自适应处理中，很多优秀算法都是针对等距均匀线阵(ULA)而言，比如经典解相干技术——空间平滑，只能应用于ULA阵。但实际应用中阵列可能是非等距线阵(NLA)、圆阵或其它几何排列阵列。NLA阵在保持阵元数不变的情况下可有效提高空间分辨力，但阵元间距的扩大会带来方向估计的模糊，自适应处理时不仅抑制实际干扰，对并不存在的模糊方向也会抑制，无谓消耗系统自由度。实际中干扰数目可能会超过天线阵列系统自由度，这时系统抗干扰能力将下降。本文第五章研究了虚拟变换在自适应波束形成中应用，具体分析了变换区域的选取及虚拟阵列的最佳阵元数选取，指出了要性能达到最优，虚拟阵列孔径需和实际阵列孔径基本一致，并解决了虚拟变换中白噪声受到污染成为色噪声而引起的性能下降问题。对超过系统自由度干扰的抑制问题文中也进行了仿真分析。4、在一些特殊应用，如智能发射中，可能对波束方向图副瓣形状及增益有不同要求。文中第六章研究了基于LCMV的自适应方向图控制方法，在LCMV波束形成中，增加最优权目标拟合函数，得到的方向图能保证期望信号方向增益最大，干扰方向形成零点并且副瓣形状、增益与期望静态方向图非常接近。用对角加载方法解决了小快拍数下收敛速度慢的问题，并仿真给出了加载量的选取范围，对面阵的自适应方向图控制文中也进行了详细讨论，阵列幅相误差和互耦误差对自适应方向图控制影响，文中也给出了仿真和分析。5、自适应旁瓣相消是相控阵雷达技术的一个重要组成部分，它将天线技术与信号处理技术结合在一起，使相控阵天线实现超低副瓣，达到抗有源干扰的目的。由于工程需要，辅助天线可能被做成各种形状，辅助阵元可能会有不同的排列形式，不同情况下旁瓣相消性能如何?文中第七章讨论了典型的辅助阵元排列形式、位置对线阵、面阵旁瓣相消性能影响，并讨论了辅助通道不一致对相消性能影响。8.期刊论文盛卫星.崔君军.管蓓.SHENGWei-xing.CUIJun-jun.GUANBei基于ADSP-TS201S的DBF处理器的设计与实现-现代雷达2005,27(8)采用ADI公司的TigerSHARC系列第二代超高性能DSP芯片ADSP-TS201S设计制作了一个高性能的数字波束形成(DigitalBeamForminging,DBF)处理器.在这个硬件平台上实现了二维DBF算法,并对算法进行了优化.初步实验结果验证了软、硬件的正确性.对于一个由32个阵元组成的4×8平面阵,存在一个干扰源的情况下,DBF权重系数的计算时间为71.134μs,是TI的TMS320C6701所需时间的七分之一.9.期刊论文张旭红.李会勇.何子述.ZHANGXu-hong.LIHui-yong.HEZi-shu平面数字阵列雷达的子阵级波束形成算法-雷达科学与