基于子阵列的阵列发射波束形成方法研究

发布时间：2017-07-05 17:02

  本文关键词：基于子阵列的阵列发射波束形成方法研究

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【摘要】：基于子阵级的波束形成技术是将天线阵列划分成若干个规模较小的子阵列,将每一个单独的子阵列视为一个接收的数据通道,并利用每一个子阵列进行波束形成。与传统的阵元级的波束形成不同,子阵级的波束形成能有效降低运算复杂度、软硬件实现成本,以及系统的实现难度等。针对现有的很多子阵级波束形成算法所存在的缺陷:无法消除失配问题对波束形成性能的影响,雷达系统自由度较低,所适用的雷达系统模型现在仅受限于相控阵模型等。本文研究了子阵级波束形成算法的稳健性问题、子阵列中受损阵元检测、提高阵列自由度问题以及频控阵子阵级波束形成方法。本位的工作内容主要包括如下四个方面:1、提出两种稳健的子阵级自适应波束形成算法。针对现有的子阵级自适应波束形成算法中存在的失配问题以及由训练数据统计特性不完全导致的波束形成性能下降这一缺陷,本文系统的研究了这一问题,并提出了相应的稳健的自适应波束形成算法—子阵级对角加载稳健波束形成算法和子阵级线性约束最小功率波束形成算法,可有效提高子阵级波束形成器的波束形成性能以及输出的信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,SINR)。2、提出一种快捷有效的检测阵列中受损阵元位置的方法。当阵列中存在受损阵元时,会损失很多有用的信息,从而导致雷达天线阵列的波束形成性能下降。鉴于已有的检测受损阵元的方法存在一些诸如检测方法复杂,检测所耗费的时间较长等弊端。本文提出一种基于差分阵列处理思想的受损阵元检测方法。在同样受损条件下,该方法能比现有的常用方法更快更准确的确定受损阵元的位置。3、提出一种有效的增加阵列整体自由度的方法。在实际应用中,通常会需要阵列整体的自由度要多于天线阵元的个数,比如要求在波束形成时可以抑制更多的空间干扰,可以分辨空间中多于物理阵元个数的信号源,同时准确的估计出他们的波达角。相对于已有方法的一些缺陷:所提方法构造的阵列结构复杂不易实现,所求解不是最优解等。本文提出一种更为方便、系统和有效的阵列自由度增加方法。4、提出基于频控阵雷达的子阵级自适应波束形成算法。近年来,一种新型的阵列雷达—频控阵雷达的应用前景得到了持续的关注。与传统相控阵雷达不同,频控阵雷达能够在角度维和距离上形成相应的波束,从而可以提供抑制距离维上干扰的优势。本论文针对子阵级频控阵雷达的自适应波束形成算法进行了系统的讨论研究,同时针对子阵级频控阵雷达的自适应波束形成算法的稳健性进行了研究,提出稳健的子阵级频控阵雷达自适应波束形成算法。
【关键词】：子阵级 波束形成 稳健波束形成 受损阵元检测 频控阵 信干噪比
【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】：TN958
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 雷达技术概述15-16
• 1.2 波束形成技术概述16-17
• 1.3 子阵级波束形成概述17-18
• 1.4 本文内容安排18-20
• 第二章 基于子阵级的波束形成方法20-39
• 2.1 引言20
• 2.2 基于阵元级的波束形成信号模型20-27
• 2.2.1 波束形成基础20-22
• 2.2.2 阵元级接收信号模型22-24
• 2.2.3 阵元级波束形成24-27
• 2.3 常规子阵级自适应波束形成方法27-31
• 2.3.1 子阵级波束形成概述27-29
• 2.3.2 基于最优波束形成思想的子阵级波束形成29-30
• 2.3.3 基于自适应波束形成的子阵级波束形成30-31
• 2.4 子阵划分规则31-32
• 2.5 子阵级波束形成性能衡量32-34
• 2.6 仿真结果及性能分析34-37
• 2.6.1 仿真实例 1：子阵个数的影响34-35
• 2.6.2 仿真实例 2：子阵类型的影响35-36
• 2.6.3 仿真实例 3：子阵级自适应波束形成36-37
• 2.7 本章小结37-39
• 第三章 改进的子阵级自适应波束形成方法39-51
• 3.1 引言39-40
• 3.2 子阵级对角加载稳健波束形成40-44
• 3.2.1 子阵级对角加载稳健波束形成信号模型40-42
• 3.2.2 子阵级对角加载稳健波束形成性能分析42-43
• 3.2.3 仿真结果及性能分析43-44
• 3.3 子阵级线性约束最小功率波束形成44-50
• 3.3.1 子阵级线性约束最小功率波束形成信号模型44-47
• 3.3.2 子阵级线性约束最小功率波束形成性能分析47-48
• 3.3.3 仿真结果及性能分析48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 子阵列受损阵元检测方法51-57
• 4.1 引言51
• 4.2 改进的子阵受损阵元检测方法概述51-53
• 4.3 改进的子阵受损阵元检测方法53-55
• 4.4 仿真结果及性能分析55-56
• 4.4.1 仿真实例 1：检测所耗时间对比55-56
• 4.4.2 仿真实例 2：检测阵元位置对比56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 基于子阵列的自由度增加方法57-69
• 5.1 引言57-58
• 5.2 信号模型与阵列模型58-62
• 5.2.1 相控阵-MIMO模型58-59
• 5.2.2 差分阵列子阵模型59-60
• 5.2.3 基于相控阵-MIMO的差分阵列处理信号模型60-62
• 5.3 自适应波束形成62-64
• 5.3.1 发射波束形成62-63
• 5.3.2 空间平滑算法63-64
• 5.3.3 波束形成加权矢量计算64
• 5.4 仿真性能及分析64-68
• 5.4.1 仿真实例 1：自由度与阵元数目关系65
• 5.4.2 仿真实例 2：波束形成方向图对比65-66
• 5.4.3 仿真实例 3：DOA估计性能对比66-67
• 5.4.4 仿真实例 4：RMSE性能对比67-68
• 5.5 本章小节68-69
• 第六章 频控阵子阵级发射波束形成技术69-83
• 6.1 引言69-70
• 6.2 频控阵雷达70-74
• 6.2.1 频控阵雷达概述70-72
• 6.2.2 频控阵雷达总结72
• 6.2.3 仿真结果及性能分析72-74
• 6.3 频控阵雷达子阵级波束形成74-76
• 6.3.1 频控阵雷达子阵级信号模型74-75
• 6.3.2 基于子阵列的频控阵雷达波束形成75-76
• 6.4 频控阵子阵级稳健波束形成76-77
• 6.4.1 频控阵子阵级对角加载波束形成算法76-77
• 6.4.2 频控阵子阵级线性约束条件波束形成器77
• 6.5 仿真结果及性能分析77-82
• 6.5.1 仿真实例 1：传统非自适应波束形成77-79
• 6.5.2 仿真实例 2：自适应波束形成79-80
• 6.5.3 仿真实例 3：稳健自适应波束形成80-82
• 6.6 本章小结82-83
• 第七章 结束语83-86
• 7.1 全文总结83-84
• 7.2 未来展望84-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间的研究成果92-93

【参考文献】

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1 夏威;MIMO雷达模型与信号处理研究[D];电子科技大学;2008年

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本文编号：522795