遥测系统中的数字波束形成算法及其实现技术研究

论文摘要

数字波束形成是阵列天线与数字信号处理技术相结合的产物,能有效的解决天线增益与覆盖范围之间的矛盾,是未来遥测接收天线技术的一个重要发展趋势。通过对各种数字波束形成算法的分析并结合再入遥测的特点,确定了切换波束和基于DOA的自适应波束两种技术方案。论文的主要工作可概括如下:1.分析了存在阵列误差时MVDR波束形成的性能,提出了一种鲁棒的多级维纳滤波算法,使波束形成的计算量大大降低,对导向矢量失配和多级维纳滤波截断级数的选择也有很好的鲁棒性。2.对阵列天线单脉冲系统,提出了一种约束自适应和差波束形成算法,能够控制单脉冲比曲线的畸变程度,提高单脉冲系统的抗干扰性能,而且通过降秩处理有效的降低了自适应波束形成的计算量。3.分析了残余误差对波束形成性能的影响,将残余误差与各组件的技术指标相关联,为阵列设计的误差容限预算提供了理论依据。4.完成了数字波束形成实验系统的设计,对阵列天线及射频前端的相关技术指标进行了测试,并对阵列误差校正、DOA估计及单脉冲跟踪算法进行了实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 数字波束形成技术的发展现状
• 1.3 论文的主要工作与内容安排
• 第2章 数字波束形成技术
• 2.1 数字波束形成概述
• 2.2 阵列信号模型
• 2.3 数字波束形成的参数估计法
• 2.3.1 最小均方误差估计
• 2.3.2 最大后验概率密度估计
• 2.3.3 最大似然估计
• 2.3.4 线性估计
• 2.3.4.1 最小均方误差准则
• 2.3.4.2 最大信干噪比准则
• 2.3.4.3 两种准则之间的关系
• 2.4 再入遥测中的数字波束形成
• 2.5 小结
• 第3章 切换波束系统
• 3.1 引言
• 3.2 基于FFT 的多波束形成
• 3.3 多波束分集合并
• 3.4 小结
• 第4章 基于DOA 的自适应波束系统
• 4.1 引言
• 4.2 波达方向估计与跟踪
• 4.2.1 波达方向估计算法简介
• 4.2.2 波达方向估计算法的实现
• 4.2.3 波达方向跟踪
• 4.3 MVDR 波束形成
• 4.4 鲁棒波束形成
• 4.4.1 对角加载方法
• 4.4.2 基于特征空间的方法
• 4.4.3 基于最坏性能优化的方法
• 4.5 降秩波束形成
• 4.5.1 主分量方法
• 4.5.2 互谱方法
• 4.5.3 基于多级维纳滤波的降秩方法
• 4.5.3.1 多级维纳滤波算法
• 4.5.3.2 鲁棒的多级维纳滤波算法
• 4.5.4 基于子阵划分的降秩方法
• 4.6 仿真分析
• 4.7 小结
• 第5章 基于数字波束形成的单脉冲系统
• 5.1 引言
• 5.2 单脉冲技术
• 5.2.1 单脉冲技术的理论与分类
• 5.2.2 传统的单脉冲系统
• 5.2.3 基于数字波束形成的单脉冲系统
• 5.3 和差波束形成算法
• 5.3.1 部分自适应波束形成
• 5.3.2 自适应波束形成
• 5.3.2.1 广义旁瓣对消器
• 5.3.2.2 降秩阻塞矩阵的构造
• 5.3.2.3 约束自适应波束形成
• 5.4 单脉冲处理算法
• 5.4.1 直接相除法
• 5.4.2 最小二乘法
• 5.4.3 总体最小二乘法
• 5.5 仿真分析
• 5.5.1 和差波束形成算法仿真
• 5.5.2 单脉冲处理算法仿真
• 5.5.3 单脉冲跟踪系统仿真
• 5.6 小结
• 第6章 阵列误差分析与校正
• 6.1 引言
• 6.2 误差分析与建模
• 6.2.1 导向矢量误差
• 6.2.2 频率响应失配
• 6.3 误差校正
• 6.3.1 导向矢量误差校正
• 6.3.2 频率响应失配校正
• 6.4 残余误差对波束形成性能的影响
• 6.4.1 幅相误差的影响
• 6.4.2 频率响应失配的影响
• 6.4.3 仿真分析
• 6.5 小结
• 第7章 数字波束形成实验系统
• 7.1 引言
• 7.2 系统介绍
• 7.2.1 阵列天线
• 7.2.2 射频前端
• 7.2.3 DBF 信号处理器
• 7.2.3.1 信号采集模块
• 7.2.3.2 信号处理模块
• 7.2.3.3 主控模块
• 7.3 测试与实验
• 7.3.1 阵列天线校正
• 7.3.2 射频前端测试
• 7.3.3 DOA 估计与跟踪
• 7.4 小结
• 第8章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果