机载共形阵的波束形成算法研究

发布时间：2020-04-12 04:35

【摘要】：预警机和战场监视飞机都需要孔径非常大的天线。大孔径的抛物面或者平面天线安装在飞机上往往会对飞机的性能造成影响,也会使飞机的雷达散射截面积变大而易于被敌方发现。与抛物面和平面天线相比,共形阵的阵元排布在飞机表面使其与飞机共形,既不增加飞机的RCS,不影响飞机的气动性能,同时又能产生相对较大的天线有效孔径和较小的载机负荷,可显著提高飞机的性能。基于共形阵的波束形成技术能够在充分发挥共形天线优势的前提下对杂波和空间干扰进行抑制,从而提高目标的检测性能,与此同时,也存在样本数量不足、样本受到期望信号污染以及阵元间互耦校正困难等问题,这些问题严重影响着其在实际应用中的性能。本文主要研究共形阵列在样本受到期望信号污染及阵元之间互耦校正困难等非理想条件下的波束形成技术。其中针对样本受到期望信号污染的问题提出两种干扰加噪声协方差矩阵重构算法,针对均匀圆阵各阵元之间存在互耦而导致的导向矢量失配的问题提出了一种基于互耦校正的自适应波束形成算法。论文所做的工作以及取得的研究成果主要包括以下几个方面:1.建立了三维任意阵列及均匀圆阵的信号接收模型,研究了最优波束形成器和采样协方差矩阵求逆波束形成器应用到共形阵列上的性能,对训练样本中是否含有目标以及训练样本的数量对采样协方差矩阵求逆波束形成器性能的影响进行了理论和仿真分析。2.研究了共形阵列在样本数量不足及样本受到期望信号污染情况下的稳健波束形成算法。首先通过分析几种传统稳健波束形成算法的优缺点,发现主分量法对信号加干扰子空间维数估计的准确度要求较高,最差性能最优化算法在信号导向矢量失配时性能会下降,且导向矢量约束范围的选择过于影响波束形成器的性能。然后针对上述缺点,提出了两种协方差矩阵重构方法。第一种方法通过迭代方式能够准确估计出信号的幅度和相位并在样本中直接去掉期望信号成分来重构协方差矩阵。第二种方法在特征空间中利用相关性去除信号并选取合适的对角加载电平来重构协方差矩阵。最后,以均匀圆阵为例来验证两种方法在非理想情况下应用于共形阵列的性能并与前述几种传统稳健波束形成算法进行对比。仿真结果表明,两种方法应用在均匀圆阵、圆柱阵和圆锥阵中均可以有效剔除样本中的期望信号,提高波束形成器的输出信干噪比,且在导向矢量失配的情况下具有良好的稳健性。3.研究了互耦影响下的均匀圆阵自适应波束形成算法。首先建立了阵元间存在互耦时均匀圆阵的信号接收模型。然后,根据均匀圆阵特殊的几何结构发现了其互耦系数矩阵具备复循环对称的性质。接着,根据互耦矩阵的数学特性提出了一种基于互耦校正的自适应波束形成算法。最后,通过仿真实验证明了该方法能够较为准确地估计出均匀圆阵的互耦矩阵并以此修正导向矢量,提高了波束形成器在互耦影响下的输出信干噪比。
【图文】：

圆柱阵与圆锥阵示意图

对图 2.4(a)所示圆柱阵按照表 2.2 中的参数进行仿真，，仿真结果如图 2.6 和图 2.7所示。图2.6 圆柱阵最优波束形成器二维方向图归一化功率增益dB
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V243.4

【参考文献】

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1 段克清;谢文冲;王永良;张增辉;;共形阵机载火控雷达杂波建模与杂波抑制[J];系统工程与电子技术;2011年08期

2 叶杰;刘志慧;;机载预警雷达共形阵应用技术分析[J];现代雷达;2009年07期

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1 黄艳;共形阵的方向图综合及自适应波束形成研究[D];电子科技大学;2013年

本文编号：2624281