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大型阵列降维及波束形成算法研究

发布时间:2018-10-14 13:05
【摘要】:经过近六十年的飞速发展,阵列信号处理已经成为信号处理领域的一个重要分支。阵列信号处理包括波束形成和空间谱估计两个主要方向。波束形成具有分辨力强、增益高等优点,在诸多领域具有良好的应用前景。现代阵列天线雷达的阵元数目日渐增多,直接在阵元级波束形成会造成系统结构复杂等诸多缺陷,因此需要进行阵列降维。本文对阵列降维及波束形成算法进行了研究,研究内容如下:1.研究了基于智能算法的阵列优化降维波束形成算法。提出了结合梯度复制算子的混合粒子群算法,研究了非均匀阵列降维的波束形成。2.研究了三维阵列降维波束形成算法。推导了三维旋转变换方程组,研究了波束指向在三维阵列各子阵中的变换关系。通过仿真分析了子阵数目及重叠与否对三维阵列降维波束形成结果的影响。最后研究了三维阵列波束形成的波束控制问题。3.研究了基于空间多波束降维形成的主瓣赋形阵列抗干扰自适应波束形成系统。设计了抗干扰自适应波束形成系统各模块的功能,分析了系统的整体工作原理,提出了七路分时波束形成算法,研究了应对不同干扰的工作策略。4.研究了基于空间多波束降维形成的主瓣赋形阵列抗干扰自适应波束形成的保形算法。针对波束形成后主瓣区域覆盖率较低的缺陷,提出了先闭环测向后开环调零的方向图保形算法,在减小运算量的同时提高了主瓣覆盖率。然后提出了部分阵元波束形成的方向图保形算法,通过仿真分析了参与波束形成的阵元数与主瓣覆盖率、迭代次数间的关系。
[Abstract]:After nearly 60 years of rapid development, array signal processing has become an important branch in the field of signal processing. Array signal processing includes two main directions: beamforming and spatial spectrum estimation. Beamforming has many advantages, such as strong resolution and high gain, so it has a good application prospect in many fields. The number of array elements of modern array antenna radar is increasing day by day, so it is necessary to reduce the dimension of array because of many defects such as complex system structure and direct beamforming at array element level. In this paper, array dimensionality reduction and beamforming algorithms are studied. The research contents are as follows: 1. An array optimization beamforming algorithm based on intelligent algorithm is studied. A hybrid particle swarm optimization (PSO) algorithm based on gradient replication operator is proposed, and the beamforming of non-uniform array dimensionality reduction is studied. 2. In this paper, the three dimensional array reduction beamforming algorithm is studied. The equations of three dimensional rotation transformation are derived, and the transformation relation of beam direction in each subarray of three dimensional array is studied. The effect of the number of subarrays and the overlap on the results of 3D array dimensionless beamforming is analyzed by simulation. Finally, the beamforming problem of 3D array beamforming is studied. An anti-interference adaptive beamforming system based on spatial multi-beam dimensionality reduction is studied in this paper. The function of each module of anti-interference adaptive beamforming system is designed, the whole working principle of the system is analyzed, a seven-channel time-sharing beamforming algorithm is proposed, and the working strategies to deal with different interference are studied. In this paper, an anti-jamming adaptive beamforming algorithm based on spatial multi-beam dimensionality reduction is studied. Aiming at the low coverage of the main lobe after beamforming, a new pattern preserving algorithm is proposed, which is first closed loop direction finding and then open loop zeroing, which can reduce the operation cost and increase the main lobe coverage. Then, a pattern preserving algorithm for partial beam forming is proposed, and the relationship between the number of elements involved in beamforming and the coverage of the main lobe and the number of iterations is analyzed by simulation.
【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】:2014
【分类号】:TN911.7

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