恒定束宽波束形成器的设计方法研究

论文摘要

近年来，宽带波束形成技术已成为阵列信号处理领域内的一个研究热点，在通信、雷达、声纳等领域内都有着广泛的应用。恒定束宽宽带波束形成技术本质上是如何最优地得到传感器阵元的加权系数和后滤波器的系数。本文在分析总结国内外相关研究的基础上，探讨以下三种恒定束宽宽带波束形成器的设计方法。具体所做工作如下：首先，分析了波束形成器的性能，研究了窄带波束形成器与宽带波束形成器设计方法上的区别。其次，研究了三种恒定束宽波束形成器的设计方法。包括空间重采样法的宽带波束形成器、傅里叶级数的宽带波束形成器和DFT插值的宽带波束形成器。三种设计方法首先都采用窄带信号处理方法中的算法求得参考频率点处的最佳阵元加权系数；然后，三种设计方法分别采用不同的方法计算带宽内其它频率点处的阵元加权系数，其中，空间重采样法利用空间重采样的计算公式进行计算，傅里叶级数法采用傅里叶级数系数求取公式进行计算，而DFT插值法利用对连续线阵的灵敏度函数进行插值来进行计算；再次，三种方法都通过得到的阵元加权系数求取传感器阵元后的滤波器期望响应；最后在时域内利用最小二乘自适应迭代算法获得滤波器系数。最后，利用MATLAB软件对上述三种恒定束宽宽带波束形成器的设计方法进行了仿真分析，仿真结果验证了三种设计方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及目的和意义
• 1.2 恒定束宽波束形成技术的研究历史和现状
• 1.2.1 时域恒定束宽波束形成
• 1.2.2 频域恒定束宽波束形成
• 1.3 论文研究内容及结构安排
• 第2章 阵列信号处理基础
• 2.1 引言
• 2.2 阵列信号模型
• 2.2.1 窄带信号阵列模型
• 2.2.2 宽带信号阵列模型
• 2.3 窄带自适应波束形成算法
• 2.3.1 LMS 算法
• 2.3.2 RLS 算法
• 2.2.3 CMA 算法
• 2.3.4 三种基本算法之间的比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 波束形成器的性能分析及设计
• 3.1 引言
• 3.2 波束形成器的性能分析
• 3.3 窄带波束形成器的设计
• 3.3.1 傅里叶级数加权的窄带波束形成器
• 3.3.2 Dolph-Chebyshev 加权的窄带波束形成器
• 3.4 宽带波束形成器的设计
• 3.4.1 基于频率采样法的宽带波束形成器
• 3.4.2 基于空间重采样法的时频域结合的宽带波束形成器
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于傅里叶级数加权的宽带波束形成器
• 4.1 引言
• 4.2 基本原理
• 4.3 算法步骤
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 基于 Bessel 函数加权的空间波束响应仿真
• 4.4.2 基于傅里叶级数加权的空间波束响应仿真
• 4.4.3 两种方法之间的性能比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于 DFT 插值的时频域结合的宽带波束形成器
• 5.1 引言
• 5.2 基本原理
• 5.2.1 频域处理——DFT 插值法
• 5.2.2 时域处理——最小二乘自适应迭代算法
• 5.3 算法步骤
• 5.4 仿真分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介