基于输出功率最大化的自适应波束成形算法及实现
发布时间：2021-11-15 17:12
近年来,智能天线以其能够提高频谱利用率和扩大系统容量的两大优势为人们所关注,并广泛应用于通信、雷达、声呐、侦察、地震勘探等多种军用和民用领域。自适应波束成形技术作为智能天线的核心技术之一,具有极高的研究价值。本文首先针对较高信干噪比环境下单用户波束成形问题提出一种自适应波束成形算法,并推广至强干扰扩频通信系统;而后针对大规模阵列天线波束成形问题,提出一种基于特殊阵列布局与子阵划分方式的子阵级波束成形算法;最后给出强干扰扩频通信系统中波束成形算法的硬件实现。本文的主要研究成果如下:1.针对信干噪比较高的通信环境,提出一种基于输出功率最大化（Maximize Output Power,MOP）的自适应波束成形算法,所提算法无需依赖训练序列,提高了频谱资源利用率,计算复杂度较低,易于硬件实现。分别从波束方向图,波束成形增益和收敛及稳态性能三方面对其进行了仿真分析。针对所提算法收敛速度与稳态性能的不足,采用三种改进算法,并分析了各种算法的优势与不足。（1）针对原算法收敛速度与稳态性能无法兼顾的不足,采用变步长自适应波束成形算法,在提高收敛速度的同时降低了稳态误差;（2）针对原算法在较低信噪比时...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图4.65个RF链路的25阵元圆阵模型
图5.3 AGC 模块各单元硬件电路设计AGC 模块由定点数转浮点数单元、功率值计算单元、数据 AGC 单元组成。如图5.3 所示为 AGC 模块各单元硬件电路设计图。在功率计算单元中，对输入数据功率值进行 IIR 滤波后作为 AGC 控制因子，滤波公式为：AGC AGCP (k)=rP (k 1) (1 r) P(k)(5-1其中，AGC1_ 1=PK agc 用于进行数据的增益控制，AGCK _ agc 2= P输出至 AGC 恢复模块用于对输出数据进行恢复。在数据 AGC 单元中，将输入数据与 AGC 控制因子的倒数，即 K_agc1，采用浮点数进行乘法运算，获得 AGC 数据，而后将浮点数转化为 24bit 定点数，如图 5.4 所示为 AGC 模块输入数据与输出数据曲线图，AGC 前数据范围较大，经过 AGC 后数据范围大幅度降低，且标准差约为 0.0625。
经过 AGC 模块后的数据转换为 24bit 定点数输入至自适应调零权值迭代单元，如图 5.5 所示为其硬件设计电路图：图5.5 自适应调零权值迭代单元硬件设计电路图对自适应调零单元进行板载测试，采用 Vivado 内置的在线逻辑分析仪 ILA 对自适应调零单元输入、输出数据进行在线仿真，仿真结果如图 5.6 所示。自适应调零单元输入数据包含大干扰的信号，其输入信号幅值较大，而自适应调零后的输出信号为滤除大干扰的信号，信号功率降至噪声水平，故输出信号幅值远小于输入信号幅值，由仿真图可以看出，其输出趋于很小的值，在 0 附近波动。0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5x 104AGC前快拍数幅值0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000-0.2-0.15-0.1-0.0500.050
【参考文献】：
期刊论文
[1]单基地MIMO雷达低复杂度求根MUSIC角度估计方法[J]. 徐丽琴,李勇. 系统工程与电子技术. 2017(11)
[2]GPS多波束盲自适应动态干扰抑制算法[J]. 王磊,吕自鹏,刘海涛,李冬霞. 系统工程与电子技术. 2017(02)
[3]基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成[J]. 杨小鹏,张宗傲,孙雨泽,闫路. 北京理工大学学报. 2016(05)
[4]基于自适应CKF的恒模盲波束形成算法[J]. 钱华明,刘可,马俊达. 系统工程与电子技术. 2016(06)
[5]单基地MIMO雷达降维酉ESPRIT算法[J]. 文才,王彤. 系统工程与电子技术. 2014(06)
[6]基于归一化方法的二维子阵级ADBF[J]. 胡航,杨秀萍,刘伟会,邓新红. 哈尔滨工业大学学报. 2009(01)
[7]子阵级平面相控阵ADBF的旁瓣抑制方法[J]. 胡航,邓新红. 电波科学学报. 2008(01)
[8]重叠子阵平面相控阵ADBF的方向图控制[J]. 胡航,李绍滨,邓新红. 系统工程与电子技术. 2007(12)
[9]一种非均匀邻接子阵结构及其部分自适应处理性能分析[J]. 许志勇,保铮,廖桂生. 电子学报. 1997(09)
博士论文
[1]基于阵列天线的自适应波束形成算法研究[D]. 刘可.哈尔滨工程大学 2018
[2]阵列天线快速自适应波束形成技术研究[D]. 黄飞.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]卫星导航接收机自适应调零天线抗干扰技术研究[D]. 张冰.西安电子科技大学 2018
[2]基于复杂网络的FPGA IP核电路及安全性分析[D]. 王培培.青岛理工大学 2018
[3]稳健自适应波束形成算法研究[D]. 杨安立.哈尔滨工业大学 2016
[4]相控阵天线子阵级波束形成及优化[D]. 周媛.西安电子科技大学 2014
[5]基于FPGA的GPS基带信号处理的研究与实现[D]. 宋杰.电子科技大学 2010
[6]抗干扰接收机自动增益控制技术研究[D]. 陈建军.国防科学技术大学 2006
本文编号：3497188
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图4.65个RF链路的25阵元圆阵模型
图5.3 AGC 模块各单元硬件电路设计AGC 模块由定点数转浮点数单元、功率值计算单元、数据 AGC 单元组成。如图5.3 所示为 AGC 模块各单元硬件电路设计图。在功率计算单元中，对输入数据功率值进行 IIR 滤波后作为 AGC 控制因子，滤波公式为：AGC AGCP (k)=rP (k 1) (1 r) P(k)(5-1其中，AGC1_ 1=PK agc 用于进行数据的增益控制，AGCK _ agc 2= P输出至 AGC 恢复模块用于对输出数据进行恢复。在数据 AGC 单元中，将输入数据与 AGC 控制因子的倒数，即 K_agc1，采用浮点数进行乘法运算，获得 AGC 数据，而后将浮点数转化为 24bit 定点数，如图 5.4 所示为 AGC 模块输入数据与输出数据曲线图，AGC 前数据范围较大，经过 AGC 后数据范围大幅度降低，且标准差约为 0.0625。
经过 AGC 模块后的数据转换为 24bit 定点数输入至自适应调零权值迭代单元，如图 5.5 所示为其硬件设计电路图：图5.5 自适应调零权值迭代单元硬件设计电路图对自适应调零单元进行板载测试，采用 Vivado 内置的在线逻辑分析仪 ILA 对自适应调零单元输入、输出数据进行在线仿真，仿真结果如图 5.6 所示。自适应调零单元输入数据包含大干扰的信号，其输入信号幅值较大，而自适应调零后的输出信号为滤除大干扰的信号，信号功率降至噪声水平，故输出信号幅值远小于输入信号幅值，由仿真图可以看出，其输出趋于很小的值，在 0 附近波动。0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5x 104AGC前快拍数幅值0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000-0.2-0.15-0.1-0.0500.050
【参考文献】：
期刊论文
[1]单基地MIMO雷达低复杂度求根MUSIC角度估计方法[J]. 徐丽琴,李勇. 系统工程与电子技术. 2017(11)
[2]GPS多波束盲自适应动态干扰抑制算法[J]. 王磊,吕自鹏,刘海涛,李冬霞. 系统工程与电子技术. 2017(02)
[3]基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成[J]. 杨小鹏,张宗傲,孙雨泽,闫路. 北京理工大学学报. 2016(05)
[4]基于自适应CKF的恒模盲波束形成算法[J]. 钱华明,刘可,马俊达. 系统工程与电子技术. 2016(06)
[5]单基地MIMO雷达降维酉ESPRIT算法[J]. 文才,王彤. 系统工程与电子技术. 2014(06)
[6]基于归一化方法的二维子阵级ADBF[J]. 胡航,杨秀萍,刘伟会,邓新红. 哈尔滨工业大学学报. 2009(01)
[7]子阵级平面相控阵ADBF的旁瓣抑制方法[J]. 胡航,邓新红. 电波科学学报. 2008(01)
[8]重叠子阵平面相控阵ADBF的方向图控制[J]. 胡航,李绍滨,邓新红. 系统工程与电子技术. 2007(12)
[9]一种非均匀邻接子阵结构及其部分自适应处理性能分析[J]. 许志勇,保铮,廖桂生. 电子学报. 1997(09)
博士论文
[1]基于阵列天线的自适应波束形成算法研究[D]. 刘可.哈尔滨工程大学 2018
[2]阵列天线快速自适应波束形成技术研究[D]. 黄飞.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]卫星导航接收机自适应调零天线抗干扰技术研究[D]. 张冰.西安电子科技大学 2018
[2]基于复杂网络的FPGA IP核电路及安全性分析[D]. 王培培.青岛理工大学 2018
[3]稳健自适应波束形成算法研究[D]. 杨安立.哈尔滨工业大学 2016
[4]相控阵天线子阵级波束形成及优化[D]. 周媛.西安电子科技大学 2014
[5]基于FPGA的GPS基带信号处理的研究与实现[D]. 宋杰.电子科技大学 2010
[6]抗干扰接收机自动增益控制技术研究[D]. 陈建军.国防科学技术大学 2006
本文编号：3497188
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