阵列方向图综合技术及自适应波束形成算法研究

发布时间：2017-05-24 19:00

  本文关键词：阵列方向图综合技术及自适应波束形成算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：阵列方向图综合技术与自适应波束形成方法广泛应用在雷达、电子对抗与侦察、远程通信等领域。利用方向图综合及自适应波束形成技术手段,我们可以对特定的有用信号进行接收的同时,还能够减少对不必要的区域进行波束扫描以提高功率利用效率;另外,还能够对某些角度区域的干扰信号进行抑制。然而,随着一些特殊情况下,为了满足特殊阵列对信号处理提出的高要求,本文在总结简单常规阵列方向图综合方法的同时,还针对共形阵下方向图综合及自适应波束形成技术的一些算法做了改进,使得波束形成效果更好。最后,对共形阵下稳健自适应波束形成算法进行了研究并给出一种性能较优的稳健波束形成算法。这些算法均在共形阵模型下做了大量仿真实验,实验结果证明了本论文优化算法的有效性。全文主要研究内容如下:第一,建立了简单平面阵和任意阵信号接收模型,对比两种阵列的差异性并分析共形阵模型特点,利用欧拉旋转等坐标转换方法推导出共形阵方向图函数表达式,分析常规阵列方向图综合的几种方法并做简单仿真分析。第二,分析自适应波束形成器原理及三种优化准则并做了仿真对比。在均匀线阵模型下,将这些优化准则在有干扰信号条件下做了仿真对比。将自适应波束形成算法应用在圆柱阵中,在共形阵下做了基于LCMV和MUSIC的空间谱估计算法仿真,取得了一定的效果。仿真结果表明基于线性约束最小方差(LCMV)原理的波束形成器在本文研究的共形阵模型下具有优越性。第三,当前大部分研究都是基于理想阵元而言,本文在考虑共形阵中不可避免的交叉极化问题介绍了一种降低交叉极化效应的交替投影算法,为了提高算法收敛性,给出了一种优化的交替算法并将该算法在共形阵模型下进行仿真得到了较好的效果。第四,考虑现实中信号导向矢量存在失配的情况下,研究了一种基于对角加载的稳健自适应波束形成(Robust Capon Beamforming,RCB)算法,它给出一种共形阵下确定加载量的方法并与不确定集球形约束RCB算法相比,还可以形成较低的副瓣电平,最后在共形阵下做了相应仿真实验证明了该算法的有效性。
【关键词】：阵列方向图综合 自适应波束形成 共形阵 对角加载
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820.12
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意义10-12
• 1.2 发展历程及研究现状12-13
• 1.3 论文主要研究内容及结构安排13-15
• 第二章 阵列综合基本理论15-30
• 2.1 简单平面阵列天线接收模型15-18
• 2.1.1 均匀线阵方向图15-16
• 2.1.2 均匀圆阵方向图及其导向矢量16-18
• 2.2 共形阵接收模型18-24
• 2.2.1 共形阵方向图的特点18-19
• 2.2.2 共形阵远场极化定义和方向图分析19-21
• 2.2.2.1 阵列天线极化概念19-20
• 2.2.2.2 共形阵极化方向图20-21
• 2.2.3 共形阵远场极化坐标转换21-24
• 2.3 阵列方向图综合方法24-29
• 2.3.1 契比雪夫综合法25-27
• 2.3.2 泰勒综合法27-28
• 2.3.3 傅里叶级数法28
• 2.3.4 伍德沃德综合法28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 自适应波束形成算法30-46
• 3.1 自适应波束形成原理30-31
• 3.2 自适应波束形成算法优化准则31-33
• 3.2.1 输出最大信噪比准则(MSNR)31-32
• 3.2.2 最小均方误差准则(MMSE)32
• 3.2.3 线性约束最小方差准则（LCMV）32-33
• 3.3 Capon波束形成算法及空间谱估计33-36
• 3.3.1 Capon最小方差波束形成理论33-34
• 3.3.2 基于MUSIC空间谱估计算法34-36
• 3.4 基于共形阵的经典Capon自适应波束形成36-37
• 3.5 算法仿真实验与分析37-45
• 3.5.1 均匀线阵下三种准则的波束形成算法仿真37-40
• 3.5.2 基于共形阵的Capon波束形成器和空间谱估计40-42
• 3.5.3 基于共形阵的自适应Capon波束形成算法仿真42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 共形阵方向图综合算法研究46-62
• 4.1 阵列方向图综合原则46
• 4.2 交替投影算法46-50
• 4.2.1 交替投影算法基本原理46-48
• 4.2.2 交替投影算法流程48-50
• 4.3 共形阵低副瓣方向图的改进交替投影算法50
• 4.4 算法仿真验证与结果分析50-61
• 4.4.1 均匀线阵下的方向图综合51-52
• 4.4.2 平面阵下的方向图综合52-57
• 4.4.3 共形圆柱阵下的方向图57-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 基于共形阵波束形成算法稳健性研究62-75
• 5.1 对角加载稳健波束形成算法62
• 5.2 不确定集球形约束的Capon稳健波束形成(RCB)62-66
• 5.3 有效确定对角加载量的稳健波束形成66-68
• 5.4 仿真实验及结果分析68-73
• 5.4.1 线阵下稳健波束形成算法68-71
• 5.4.2 共形阵下有效确定对角加载量的RCB算法71-73
• 5.5 本章小结73-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的成果82-83

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本文编号：391659