宽带数字阵自适应波束形成技术研究

论文摘要

为了对抗各种有源和无源干扰,要求数字阵雷达应具有自适应低旁瓣和自适应干扰置零能力;同时为了达到高的距离分辨率,数字阵雷达应工作在宽带。在大型平面数字阵天线中,一般有几百乃至上千个天线单元,如果要实现全自适应数字波束形成,就需要对每一个阵元的接收信号进行单独处理,也就是需要每一个阵元组成一个接收通道,这样的系统需要十分庞大的硬件设施,系统设计的复杂度和硬件成本都非常大。对于大型数字阵,一般采用子阵级部分自适应波束形成算法来处理。首先,本文介绍了相控阵雷达系统自适应信号处理的基本理论,包括自适应信号模型,自适应波束形成的基本准则和算法,并对其中的几种算法进行了理论分析和性能比较。接着介绍了相控阵子阵划分的基本方法,分析了解决栅瓣和栅零点问题的常用方法。针对窄带信号,研究了两种常用的子阵级波束形成算法MVDR算法和等噪声功率法,并对他们进行了性能比较,等噪声功率法可以降低子阵输出噪声功率不等对波束形成算法性能的影响,其干扰抑制性能接近全自适应处理,仿真实验对算法的性能进行了验证。然后,本文重点介绍了宽带信号自适应波束形成算法。当阵元接收信号为宽带信号时,阵元的相位偏移不仅仅依赖于来波方向,还依赖于信号的频率,而此频率在带宽内是变化的。因而我们采用了频域处理方法,将接收信号做DFT变换到频域,然后分别采用非相干处理方法(ISM)和相干处理方法(CSM)进行波束形成。仿真实验验证了算法对宽带信号频域波束形成的有效性。由于现在大型相控阵雷达主要是平面阵,所以文中最后详细介绍了平面相控阵波束形成的基本方法。并将宽带信号处理技术和子阵级波束形成技术运用到平面阵中,总结了宽带平面阵的子阵级自适应波束形成算法,仿真实验验证了算法的有效性。本文的研究成果可以为数字阵DBF的进一步研究提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究进展与现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 自适应信号处理的基本理论
• 2.1 自适应信号模型
• 2.2 阵列信号模型
• 2.2.1 窄带信号模型
• 2.2.2 宽带信号模型
• 2.2.3 相干信号模型
• 2.3 自适应波束形成的基本准则、算法及仿真结果
• 2.3.1 最小方差无失真响应（MVDR）算法
• 2.3.2 基于QR 分解的最小二乘（LS）算法
• 2.3.3 仿真结果
• 第三章 子阵法部分自适应DBF 研究
• 3.1 子阵划分的基本原则
• 3.1.1 子阵划分的基本方法
• 3.1.2 子阵划分存在的问题及解决方法
• 3.1.3 仿真结果
• 3.2 窄带线阵子阵级DBF
• 3.2.1 子阵级MVDR 方法的DBF
• 3.2.2 子阵级等噪声功率法的DBF
• 3.3 仿真结果
• 第四章 宽带信号自适应DBF 研究
• 4.1 宽带信号子频点平均（ISM）DBF 算法
• 4.2 宽带聚焦DBF 算法基本原理
• 4.2.1 CSM 方法分辨相干源的原理
• 4.2.2 CSM 方法的数据模型
• 4.2.3 CSM 处理方法
• 4.3 宽带聚焦DBF 的常用算法
• 4.3.1 SST 算法
• 4.3.2 TCT 算法
• 4.3.3 RSS 算法
• 4.3.4 LS 算法
• 4.3.5 一致聚焦算法
• 4.4 仿真结果
• 4.4.1 宽带信号全自适应DBF
• 4.4.2 宽带信号子阵级DBF
• 第五章 宽带平面阵波束形成技术研究
• 5.1 平面阵波束形成基本原理
• 5.1.1 平面阵的阵列模型
• 5.1.2 平面阵的自适应DBF
• 5.2 平面阵窄带DBF 仿真结果
• 5.2.1 全自适应窄带DBF
• 5.2.2 均匀子阵窄带 DBF
• 5.3 平面阵宽带DBF 仿真结果
• 5.3.1 全自适应宽带DBF
• 5.3.2 均匀子阵宽带DBF
• 5.3.3 小结
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间研究成果