基于数字自适应波束成形的抗干扰算法设计与实现

发布时间：2020-10-22 00:44

　　 通信自适应抗干扰技术成为近年来全球关注的热点和研究对象,当今世界中很多领域里都普遍应用该技术。如雷达,无线通信,卫星通信等等。在通信系统中,各类干扰信号会影响接收端信号的接收能力,诸如连续波干扰,窄带干扰,宽带干扰,扫频信号干扰,脉冲干扰信号等等。干扰信号会严重影响目标信号的接收并破坏通信系统的工作机制。所以对于通信系统来说,为了保证天线正常的接收信号很有必要彻底的消除干扰。这种情景下就要采用合适的干扰消除算法把干扰信号的强度削弱到可以接受的程度。本文主要研究分析了常见的通信系统抗干扰算法并在现有抗干扰算法的基础上做出改进,提出了新的名为L1范数线性约束最小均方算法(L1-LC-LMS)。新算法有很大性能上的提升,体现在收敛速度和削弱干扰信号强度等方面。论文在最后做了FPGA硬件方面的仿真。论文取得了如下的进展:(1)对于抗干扰技术在国内和国际领域的研究应用情况进行调研。并且把经常遇到的干扰信号种类划分,确定在具体场景下应该使用的抗干扰技术的类型。(2)研究了不同类型天线阵列的导向矢量表达式,研究了空域自适应抗干扰LMS算法(线性约束最小方差算法LCMV)及其改进算法(L1-LC-LMS),对通信系统中接收端的窄带干扰信号实现了消除抑制。论文对算法的干扰消除效果和收敛情况进行了matlab仿真和分析,把原有算法和新提出的算法进行性能对比。(3)推导和仿真了其它常见的自适应抗干扰算法。例如快速分块抗干扰算法和最小均方误差算法(MMSE)等等。(4)在FPGA硬件仿真平台上对线性约束最小方差算法(LCMV)进行实现并设计出完整的系统结构。对算法进行模块化划分,包括顶层结构和各个功能模块,并完成了各模块的行为仿真。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN973
【部分图文】：

利用自适应调零抗干扰算法对天线阵列各个阵元的权值系数在每一次迭代??过程中进行调整。通过这种方式，天线阵列的整体抗干扰效果得到了改善。??图２－１中天线阵列就是由传感器构成的。阵列中阵元的数量会决定天线??阵元的自由度。如果天线阵元的数量是Ｍ则该天线阵列的自由度是Ｍ－１，??所以天线阵列能形成的零陷或主瓣波束为Ｍ－１。选择合适的阵元数量关系到??整个天线系统能抑制的干扰信号的数量。阵元的排列布置形式有多种选择，??通常采用的有线性阵列，方形阵列和圆形阵列等。每种阵元都会产生不同的??输入信号导向矢量。相邻阵元之间的距离过大或者过小都会对信号抗千扰产??生影响，如果阵元间距比较小，信号之间会产生耦合现象，耦合现象会导致??天线方向图在干扰信号的角度形成的零陷点宽度增大零陷的深度变浅，影响??对干扰信号的抑制能力。如果相邻阵元之间的距离过大，则天线方向图会出??现栅瓣。出于对这个因素的考虑，为了防止栅瓣和耦合现象的出现，通常我??们把阵元的间距设为入射信号波长的一半。波束成形网络由射频模块和数模??转换器构成。它的功能有两个

—４?ｘ??图２－２四阵元均勾方形阵??建立如图２－２的空间直角坐标系，沒是信号的俯仰角，它的取值范围是??０到９０度，是入射信号与ｘｏｙ平面的夹角。炉是方位角，它的取值范围是０??到１８０度，是入射信号在ｘｏｙ平面的投影和ｘ轴方向的夹角。假设信号ｓ（ｔ）??从图中所示的角度入射到均匀平面阵元中，对于第ｉ个阵元，它接收到的信??号是：??ｘｔ（ｔ）?＝?ｓ（ｔ）ｅＪ＾??－ｚ；?）＊（ｃｏｓ?０?ｃｏｓ?＾，ｃｏｓ?０?ｓｉｎ?（ｐ，ｓ＼ｎ０）］??＝?ｓ（ｔ）ｅ?Ａ?（２－１）??２，７Ｔ??ｊ——（Ｘｊ?ｃｏｓ?０?ｃｏｓ?（ｐ＋ｙｉ?ｃｏｓ?＾?ｓｉｎ?（ｐ）?．??—ｓ｛ｔ）ｅ?Ａ?ｚ．?＝?ｌ，２，３”．．Ｍ??式子中＇是天线阵列中第ｉ个阵元的横坐标

图２－３四阵元均匀线阵??从图中可以看到，入射信号为ｓ（ｔ），入射信号和ｙ轴夹角是沒，每一个阵元??
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本文编号：2850835