一种树形结构宽带波束形成器的设计与研究

发布时间：2017-06-10 04:02

  本文关键词：一种树形结构宽带波束形成器的设计与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波束形成,一种用于定向信号传输或接收的传感器阵列信号处理技术,已广泛应用于通信和导航系统。在声纳、通讯、雷达、地震、音响和麦克风阵列等领域有着重要的应用。波束形成的目标是通过增强期望信号在来波方向的增益,同时抑制其他来波方向信号以及背景噪声,从而提高系统的信号干扰噪声比(SINR,Signal-to-interfere and noise ratio)。在实际应用中,宽带信号的优势明显,其较高的分辨率能够改善系统的通信、检测等性能。因此在雷达、通信和声纳等系统中经常使用宽带信号。所以设计和研究宽带信号波束形成器有着重大的现实意义。本文以宽带信号波束形成器为主要研究内容。首先讨论了当前常见的宽带波束形成器—Frost波束形成器。随着信号带宽的增加,滤波器抽头数目也相应增加。从而导致计算量变大,权值收敛的速度减慢,系统的自适应调节能力下降等问题。为了解决这些问题,本文研究了以下几个方面的内容:1、针对上述问题,我们提出了两种新的结构来实现宽带波束形成:树形结构和改进的树形结构宽带波束形成器。树形结构是由一些模块级联组成,这些模块是以Frost波束形成器为基本组成,它们有较少的通道数和抽头延迟级数。设计了树形结构的算法和流程,并讨论了该算法的计算量和理论输出SINR。2、为了实现树形宽带波束形成器的权值更新,提出了两种迭代方式:层—层迭代和步—步迭代。两种迭代各有优劣,前者可获得较高的SINR,后者的更新时间更短。通过对比树形结构和等效的Frost宽带波束形成器,树形结构波束形成器的计算负荷显著减小。此外,各模块实现了并行更新,这有利于增强系统的实时性。3、讨论了存在导向矢量误差和干扰情况下,系统的鲁棒性和有效性。将干扰源分为单一窄带源、单一宽带源、双宽带源三种情况进行仿真。通过计算机的仿真可以验证树形结构是有效的。因为新型结构从本质上说是次优化的,所以上述优点的获得是以牺牲输出SINR为代价的。在实际应用中,往往看重系统的稳健性和实时性,所以这种牺牲是值得的。
【关键词】：波束形成 导向矢量误差 宽带波束形成器 树形结构 信号干扰噪声比
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 引言10-11
• 1.2 课题研究背景及意义11-13
• 1.3 本文主要贡献13
• 1.4 论文的主要内容和组织安排13-15
• 第二章 波束形成基本理论15-37
• 2.1 引言15
• 2.2 自适应滤波和LMS算法15-22
• 2.2.1 自适应滤波15-19
• 2.2.2 最小均方算法19-22
• 2.3 阵列天线的统计模型22-29
• 2.3.1 前提和假设22
• 2.3.2 阵列的概念和参量22-27
• 2.3.3 宽带阵列信号模型27-29
• 2.4 波束形成技术和算法29-35
• 2.4.1 波束形成的原理和准则29-32
• 2.4.2 常用自适应波束形成算法32-34
• 2.4.3 Frost波束形成器34-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 树形宽带波束形成器的结构和算法37-56
• 3.1 引言37
• 3.2 树形结构简介37-39
• 3.2.1 背景技术37-38
• 3.2.2 新型结构38-39
• 3.2.3 更新方式39
• 3.3 算法流程和理论输出SINR分析39-45
• 3.3.1 算法流程40-42
• 3.3.2 理论输出SINR分析42-45
• 3.4 计算复杂度45-47
• 3.4.1 计算复杂度45-46
• 3.4.2 树形结构计算复杂度46-47
• 3.5 对导向矢量误差的鲁棒性分析47-50
• 3.6 性能分析及仿真50-55
• 3.6.1 存在单一窄带源干扰50-51
• 3.6.2 存在单一宽带源干扰51-53
• 3.6.3 存在双宽带源干扰53-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第四章 改进的树形宽带波束形成器的结构和算法56-71
• 4.1 引言56
• 4.2 改进的树形结构和算法流程56-59
• 4.2.1 改进的树形结构56-57
• 4.2.2 算法流程57-59
• 4.3 计算复杂度和理论输出SINR分析59-64
• 4.3.1 计算复杂度59-61
• 4.3.2 理论输出SINR分析61-64
• 4.4 性能分析及仿真64-70
• 4.4.1 存在单一窄带源干扰64-65
• 4.4.2 存在单一宽带源干扰65-67
• 4.4.3 存在双宽带源干扰67-68
• 4.4.4 两种树形结构SINR对比68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 总结和展望71-73
• 5.1 全文总结71-72
• 5.2 未来展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间取得的成果78-79

【参考文献】

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本文编号：437320