宽带数字阵列波束形成算法及应用研究.pdf

电子科技大学
博士学位论文
宽带数字阵列波束形成算法及应用研究
姓名:李会勇
申请学位级别:博士
专业:信号与信息处理
指导教师:何子述
20090101
摘要多功能相控阵雷达,即用一部雷达系统可实现多部雷达的战术功能,是相控阵雷达的发展方向。为了使多功能相控阵雷达具有目标识别、成像的能力,这就要求相控阵雷达应具有高的距离分辨率,即相控阵雷达应工作在宽带。宽带数字阵雷达为实现相控阵雷达的多功能提供了可行的硬件平台。它用数字时延取代了传统的移相器,可减小孔径效应,使相控阵雷达实现宽带宽角扫描。另外,它还具有很高的动态范围、容易实现发射波形和频率捷变等优点。宽带数字波束形成是宽带数字阵雷达中的关键技术之一。要实现宽带波束形成,不能再采用普通相控阵雷达中的移相技术,而必须采用数字时延,另外,为了在形成正确波束指向的同时,还在干扰到来方向形成零点,以提高系统性能,所采用的自适应算法和技术也不同于窄带自适应波束形成技术。自适应宽带干扰置零、系统实现方案等关键技术研究,有着重要的理论意义和实用价值,这也是目前阵列信号处理研究中的热点问题。本文针对宽带数字阵雷达系统波束形成技术进行了研究,主要研究包括:⒀芯苛嘶诜质毖拥目泶ㄊ纬杉际酰治隽酥苯由淦挡裳J较拢基于时延的波束形成结构,并对分数时延的三种产生方法在宽带波束形成中的应用与实现、性能及复杂性进行了分析、比较,指出尽管分数时延能够获得较理想的阵列方向图特性,但是全部阵元都采用分数时延结构可能会带来系统实现的复杂性和高成本。⒀芯苛朔肿诱蟮目泶ㄊ纬杉际酢T谑导蚀笮拖嗫卣罄状镏校捎谡笤数成百上千甚至上万个,如果每个阵元后面都采用分数时延方法,会给系统海量数据的传输与存储、高速滤波器实现等方面带来很大的压力,必须采用分子阵的波束形成结构以降低系统实现难度和成本。研究了子阵划分的原则和方法,对基于阵元内单元移相加子阵间分数时延的宽带波束形成性能进行了分析,并用仿真⒀芯苛丝泶允视Σㄊ纬伤惴ㄔ谑终笾械挠τ谩?泶允视Σㄊ纬方法不同于窄带波束形成,论文对宽带自适应波束形成算法,特别是虲算法在宽带数字阵中的自适应干扰置零方面的性能进行了分析、对比,对它们在所以,以宽带数字阵雷达为应用背景,开展数字时延产生、宽带波束形成、结果验证了方法的有效性。
不同工作频率、工作带宽、干扰模式、阵列形式等条件下的性能进行了仿真分析,并讨论了快拍数、采样率、闶榷愿扇胖昧阈阅艿挠跋欤庑┙峁徒崧为宽带数字阵实验系统选择自适应波束形成算法以及系统参数提供理论依据。⒀芯苛丝泶终罄状锟赡艿氖迪址桨讣岸杂Φ牟ㄊ纬煞椒ā7治霰冉了宽带数字阵雷达可能采用的三种宽带信号:瞬时宽带信号、宽带线性调频信号和频率步进信号,以及直接射频采样、中频采样等方式下宽带数字阵雷达系统及波束形成实现方案及特点、难度和存在的问题。对于去斜方案,提出了一种能够灵活控制波束指向的宽带波束形成方法。另外,针对宽带数字阵实现时可能存在的多通道采样不同步问题,分析了它对波束形成性能的影响,并进行了详选型和波束参数选择等方面的理论参考。此外,论文还针对阵列处理的另一个重要应用领域—.通信系统中的检测算法进行了研究。技术是近年来的一个热点研究问题,也是下一代无线通信系统械墓丶际踔弧论文研究了非线性检测算法在通信系统中的应用。利用非线性算法将系统中多个天线接收信号进行合成,充分利用接收信号中所包含的高阶信息,提高系统检测性能。为了克服非线性检测算法在计算复杂性方面的不足,提出了两种降低计算量的方法:基于矩阵递增求解的方法和基于比的稀疏化方法。仿真验证了这两种算法都能够显著降低非线性算法的计算量,而且误码率性能远远超过传统的常规系统线性检测算法。数字阵雷达,宽带波束形成,自适应置零,细的理论推导和分析,以及仿真验证,为今后宽带数字阵雷达系统设计提供硬件关键词:,非线性检测摘要
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签名:豳堡醐:鬈日期:刁年朋Ⅶ独创性声明论文使用授权本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名:本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。