宽带阵列信号DOA估计及恒定束宽波束形成方法研究

发布时间：2020-08-25 20:31

【摘要】：随着电子侦察要求的瞬时带宽越来越宽,雷达信号处理对于大带宽、高距离分辨力的要求日益提高,宽带信号的阵列处理日益受到关注。宽带阵列可应用于电子侦察的大带宽信号的测向和相控阵大带宽的波束形成。由于宽带信号到达阵列各阵元的包络差异不可忽略,阵列相对于宽带信号不满足不变可加性,因此窄带信号的处理方法不再适用于宽带信号的处理。在此背景下,本文主要研究宽带阵列信号处理技术,首先对宽带信号的波达方向估计展开研究,并且重点研究恒定束宽的宽带波束形成技术和宽带波束赋形技术:首先介绍了两种基于子空间的宽带波达方向估计算法,非相干信号子空间方法(ISSM)和相干信号子空间算法(CSSM),并对这两种方法进行了对比、分析。接着介绍了对预估角误差鲁棒的CSSM算法,该方法的思想是在得到有误差的信源粗估角的基础上,构建评价谱函数,搜索评价谱峰得到最终的波达方向估计角度。在分析对比其性能的基础上,针对其方法误差较大,无法测量非相干信号的问题,提出了改进的2范数十字检测CSSM算法,利用原有评价谱的十字特性,建立新的评价谱函数,使评价谱能量更集中。该方法相较于原方法可估计非相干信号,并具有更好的角度估计性能,仿真结果表明改进算法相较于原方法估计性能提升了0.4°。接着介绍了基于空频结构的宽带波束形成方法并对基于牛顿迭代法的切比雪夫加权恒定束宽宽带波束形成方法进行介绍。接着介绍基于空时结构的经典宽带波束形成方法,并利用固定加权最小二乘法生成波束形成权值。而针对宽带波束形成中的重要应用波束赋形技术,介绍了基于迭代变加权最小二乘的宽带波束形成方法。针对其出现的当波束形成主瓣指向偏离法线方向时,会出现随频率畸变的凸起高旁瓣电平影响波束形成性能的问题,提出改进的快速迭代最小二乘宽度波束形成方法,通过改进旁瓣权函数设计和迭代方法,在保持近似恒定束宽的同时,实现频率一致性的改善,并提升波束赋形的平坦度。通过等距线阵的仿真结果表明,所提方法在波束形成主瓣指向偏离法线方向时,相对于原方法有效的抑制了畸变的旁瓣电平,第一主副比相较于原方法增大了12dB,并得到预期波束图,实现了恒定束宽和波束赋形。本文提出的宽带波达方向估计和宽带恒定束宽波束形成方法有望应用于电子侦察阵列系统中,为我国军民两用的宽带信号测向技术提供支撑。
【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】：2019
【分类号】：TN911.7
【图文】：

0d c / 2f 即半波长，匹配波束形成输出如图 2.3 所示。图2.3 匹配波束形成方向图由图 2.3 可以看出匹配波束形成的最大副瓣为第一副瓣，且大约为-13.5dB，副瓣电平较高，在实际应用中会导致强干扰从副瓣进入，为压低副瓣，可做加窗处理（即对幅度进行加权）。对于本文讨论的均匀线阵，一般加 Chebyshev 窗，对比加 45dB的 Chebyshev 窗与未加窗的方向图如图 2.4 所示。

第二章 阵列模型及信号处理基础理论13图2.4 加 Chebyshev 窗的方向图由图 2.4 可以看出，加 Chebyshev 窗后的匹配波束形成方向图压低了副瓣电平，但付出了主瓣展宽，空间目标角度分辨力降低的代价。因此在实际应用场景中要具体分析是否加窗和哪一种窗可达到指标要求。匹配波束形成一般用于相控阵雷达，通过在数字端改变波束指向实现电扫，实现难度简单且节省资源，但对于均匀线阵，有波束宽度：0.89 0.89 51( )/ BWradMd D D (2-19)式中D为阵列有效孔径，可见波束宽度受其制约。这里再介绍关于分辨力的概念，目标分辨力，即是指在多个远场信源从不同角度入射的条件下，阵列接收系统是否能将多个临近目标从角度上区分的能力

0 0x阵，阵元个数为 M 16，期望信号中心频率0f 400M干扰信号方向为 10 ，40 ，阵元间距为0d 0.5( c / f )则 Capon 波束形成方向图如图 2.5 所示。

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本文编号：2804161