阵列天线广义数字波束成形的研究
发布时间：2021-12-02 17:14
得益于当今数字技术的蓬勃发展,数字波束成形（Digital Beam Forming,DBF）技术广泛应用于相控阵雷达和通信等领域。该技术基于相控阵天线波束成形理论,使用数字信号处理的方法,替代原有阵列雷达中的移相器,进而来控制天线波束的扫描特性。相比于传统的波束成形,数字波束成形技术使得信号在特定方向上得到最大输出的同时,减少了阵列雷达中大量的移相器和放大器等器件的使用,使得雷达结构简化,成本降低,损耗减少。本文基于数字波束成形原理,研究数字波束成形技术在传统毫米波雷达中应用的同时,提出广义数字波束成形的概念。其广义的概念是,通过数字技术控制天线单元上PIN二极管的通断来实现反射阵天线的波束成形,两者的本质都是通过数字方法补偿天线阵列单元间的相位差来实现波束成形。在传统毫米波雷达数字波束成形的研究中,本文对调频连续波雷达在来自特定距离且六个不同角度的目标反射回波进行中频信号采样,在MATLAB中对采样数据进行数字波束成形和雷达距离检测等一系列数字信号处理算法的软件仿真;之后编写Verilog代码,通过FPGA仿真软件Modelsim来进行硬件上的仿真验证;最终通过比对软硬件仿真结果,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
YLC-8B三坐标反隐身米波雷达在民用领域，数字波束成形技术广泛用于汽车前视雷达，如目前国外的主流厂
电子科技大学硕士学位论文4图1-2大疆T16植保无人机DBF成像雷达1.3论文内容安排本文主要研究传统的毫米波雷达数字波束成形，对调频连续波雷达数字波束成形算法进行MATLAB软件仿真和Modelsim硬件仿真，并从硬件系统架构和FPGA资源使用情况论证了算法的可实现性。在此基础上，提出了广义数字波束成形的概念，即使用数字方法控制反射阵天线单元间的相位差来实现波束成形的方法，首先从原理上进行分析和论证，并详细给出了数控编码电路的设计方案和问题解决方法，最后上板实验论证了方案的正确性和可行性。本论文共分为六章，各章节内容安排如下：第一章是绪论部分。主要介绍了数字波束成形技术的背景和意义，并对该技术的国内外研究历史和现状进行阐述，指出了本文的创新点与贡献，并对本文的内容和章节结构进行安排。第二章是基础部分，均为概念原理的详细阐述。章节中首先对窄带阵列信号模型进行分析，并给出了阵元间相位的相互关系。其次，详细介绍了调频连续波雷达中常用的三角波信号的特点与测距方法，给出了雷达常用系统结构，并对传统数字波束成形原理进行了详尽说明。在此基础上，给出了数字波束成形的广义概念，并通过数字编码反射阵的波束成形原理来论述了该广义概念。本章为后面章节的数字波束成形算法设计，仿真与实现提供了理论基矗第三章是调频连续波测距雷达数字波束成形算法设计与软件仿真。首先规定了所需的雷达参数，并设计了数字波束成形算法，其中详细介绍了相位补偿值的提取和波束的合成。之后对特定距离，六个不同角度的目标回波接收数据进行了数字波束成形算法的MATLAB仿真，并提取出了待测目标与雷达间的距离信息，本章最后对六个不同角度的波束成形结果进行了分析，论证了算法的正确性与可行性。
电子科技大学硕士学位论文16第三章FMCW测距雷达数字波束成形算法设计与软件仿真本章以一个收发隔离的线性调频连续波雷达为基础，给出该雷达具体的系统参数。包括有天线阵结构和阵元通道数；线性调频连续波的波形、周期、中心频率、扫描带宽；中频信号AD采样的采样率和采样位宽。后续均采用该设定参数进行数字波束成形算法设计与仿真。其次，章节设计了接收阵DBF信号处理的一系列算法和流程。最后，通过对六个不同角度目标回波的实际AD采样信号进行MATLAB软件仿真，得到最终DBF合成信号，并测算雷达到物体间的距离。3.1雷达系统参数为了仿真数字波束成形算法的整个流程，本节设置具体的线性调频连续波雷达系统的参数：天线阵结构：单天线发射，2×2天线方阵接收接收天线阵元通道数：4线性调频连续波：三角波线性调频连续波周期：线性调频连续波中心频率：60GHz线性调频连续波扫描带宽：1GHzAD采样率：5MHz测距范围：1m-5m根据上述线性调频连续波雷达的系统参数，可以画出如图3-1所示线性调频三角波的波形。图3-1线性调频三角波
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向5G的大规模MIMO天线阵列研究[J]. 张长青. 邮电设计技术. 2016(03)
[2]铺路爪远程预警雷达工作特性分析[J]. 张洪涛,张银河,李斌. 飞航导弹. 2011(06)
[3]数字阵列雷达的发展与构想[J]. 吴曼青. 雷达科学与技术. 2008(06)
[4]频谱分析中窗函数的研究[J]. 李杭生,陈丹. 微计算机信息. 2008(10)
[5]窗函数及其应用[J]. 毛青春,徐分亮. 中国水运(学术版). 2007(02)
[6]基于FPGA的UART电路的设计[J]. 牛涛,吴斌,焦风川,刘建伟. 电子测量技术. 2006(03)
[7]数字阵列雷达及其进展[J]. 吴曼青. 中国电子科学研究院学报. 2006(01)
[8]相控阵雷达数字T/R组件研究[J]. 吴曼青,靳学明,谭剑美. 现代雷达. 2001(02)
[9]收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究[J]. 吴曼青,王炎,靳学明. 系统工程与电子技术. 2001(04)
[10]用FIR数字滤波器实现高精度时延的一种新方法[J]. 马远良,赵俊渭,张全. 声学学报. 1995(02)
博士论文
[1]平面反射阵天线的优化设计和误差分析[D]. 刘洋.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2019
[2]面向B4G/5G的大规模MIMO无线通信系统关键技术研究[D]. 王毅.东南大学 2016
硕士论文
[1]应用于毫米波成像的波束扫描反射阵天线[D]. 赵炳旭.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于波束赋形的信号处理和接入方式的研究[D]. 董梦曦.北京邮电大学 2017
[3]可重构平面反射阵天线研究[D]. 刘肖肖.西安电子科技大学 2015
本文编号：3528844
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
YLC-8B三坐标反隐身米波雷达在民用领域，数字波束成形技术广泛用于汽车前视雷达，如目前国外的主流厂
电子科技大学硕士学位论文4图1-2大疆T16植保无人机DBF成像雷达1.3论文内容安排本文主要研究传统的毫米波雷达数字波束成形，对调频连续波雷达数字波束成形算法进行MATLAB软件仿真和Modelsim硬件仿真，并从硬件系统架构和FPGA资源使用情况论证了算法的可实现性。在此基础上，提出了广义数字波束成形的概念，即使用数字方法控制反射阵天线单元间的相位差来实现波束成形的方法，首先从原理上进行分析和论证，并详细给出了数控编码电路的设计方案和问题解决方法，最后上板实验论证了方案的正确性和可行性。本论文共分为六章，各章节内容安排如下：第一章是绪论部分。主要介绍了数字波束成形技术的背景和意义，并对该技术的国内外研究历史和现状进行阐述，指出了本文的创新点与贡献，并对本文的内容和章节结构进行安排。第二章是基础部分，均为概念原理的详细阐述。章节中首先对窄带阵列信号模型进行分析，并给出了阵元间相位的相互关系。其次，详细介绍了调频连续波雷达中常用的三角波信号的特点与测距方法，给出了雷达常用系统结构，并对传统数字波束成形原理进行了详尽说明。在此基础上，给出了数字波束成形的广义概念，并通过数字编码反射阵的波束成形原理来论述了该广义概念。本章为后面章节的数字波束成形算法设计，仿真与实现提供了理论基矗第三章是调频连续波测距雷达数字波束成形算法设计与软件仿真。首先规定了所需的雷达参数，并设计了数字波束成形算法，其中详细介绍了相位补偿值的提取和波束的合成。之后对特定距离，六个不同角度的目标回波接收数据进行了数字波束成形算法的MATLAB仿真，并提取出了待测目标与雷达间的距离信息，本章最后对六个不同角度的波束成形结果进行了分析，论证了算法的正确性与可行性。
电子科技大学硕士学位论文16第三章FMCW测距雷达数字波束成形算法设计与软件仿真本章以一个收发隔离的线性调频连续波雷达为基础，给出该雷达具体的系统参数。包括有天线阵结构和阵元通道数；线性调频连续波的波形、周期、中心频率、扫描带宽；中频信号AD采样的采样率和采样位宽。后续均采用该设定参数进行数字波束成形算法设计与仿真。其次，章节设计了接收阵DBF信号处理的一系列算法和流程。最后，通过对六个不同角度目标回波的实际AD采样信号进行MATLAB软件仿真，得到最终DBF合成信号，并测算雷达到物体间的距离。3.1雷达系统参数为了仿真数字波束成形算法的整个流程，本节设置具体的线性调频连续波雷达系统的参数：天线阵结构：单天线发射，2×2天线方阵接收接收天线阵元通道数：4线性调频连续波：三角波线性调频连续波周期：线性调频连续波中心频率：60GHz线性调频连续波扫描带宽：1GHzAD采样率：5MHz测距范围：1m-5m根据上述线性调频连续波雷达的系统参数，可以画出如图3-1所示线性调频三角波的波形。图3-1线性调频三角波
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向5G的大规模MIMO天线阵列研究[J]. 张长青. 邮电设计技术. 2016(03)
[2]铺路爪远程预警雷达工作特性分析[J]. 张洪涛,张银河,李斌. 飞航导弹. 2011(06)
[3]数字阵列雷达的发展与构想[J]. 吴曼青. 雷达科学与技术. 2008(06)
[4]频谱分析中窗函数的研究[J]. 李杭生,陈丹. 微计算机信息. 2008(10)
[5]窗函数及其应用[J]. 毛青春,徐分亮. 中国水运(学术版). 2007(02)
[6]基于FPGA的UART电路的设计[J]. 牛涛,吴斌,焦风川,刘建伟. 电子测量技术. 2006(03)
[7]数字阵列雷达及其进展[J]. 吴曼青. 中国电子科学研究院学报. 2006(01)
[8]相控阵雷达数字T/R组件研究[J]. 吴曼青,靳学明,谭剑美. 现代雷达. 2001(02)
[9]收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究[J]. 吴曼青,王炎,靳学明. 系统工程与电子技术. 2001(04)
[10]用FIR数字滤波器实现高精度时延的一种新方法[J]. 马远良,赵俊渭,张全. 声学学报. 1995(02)
博士论文
[1]平面反射阵天线的优化设计和误差分析[D]. 刘洋.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2019
[2]面向B4G/5G的大规模MIMO无线通信系统关键技术研究[D]. 王毅.东南大学 2016
硕士论文
[1]应用于毫米波成像的波束扫描反射阵天线[D]. 赵炳旭.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于波束赋形的信号处理和接入方式的研究[D]. 董梦曦.北京邮电大学 2017
[3]可重构平面反射阵天线研究[D]. 刘肖肖.西安电子科技大学 2015
本文编号：3528844
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