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基于小卫星系统的低复杂度DBF算法研究

作　者: 范英鹰
导　师: 周建江
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 数字波束形成 隐身小卫星 阵列天线 空间内插 自适应旁瓣对消 空时二维信号处理
分类号: TN911.73
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


本文主要研究基于小卫星系统的低复杂度数字波束形成(DBF, Digital Beam Forming)技术。首先介绍了卫星天线、阵列天线的主要研究方向,然后对智能天线技术的原理、特点、分类、常用算法及性能做了讨论,着重研究了数字波束形成算法,分析接收波束、发送波束及多波束形成的特点,分析了数字波束形成算法的原理及其准则,并对传统波束形成算法进行了仿真研究分析。通过对自适应波束形成、自适应旁瓣相消、空时二维信号处理等技术原理的研究,本文提出了空间内插DBF算法级联均匀圆阵自适应对消技术的时域滤波级联空间信号自适应处理的算法,针对隐身小卫星系统计算能力有限、表面积小、不允许带伸展式太阳能翻版等特点对该算法进行2×2阵元仿真分析处理,将之与8×8阵元的传统波束形成算法做比较后发现此算法可以达到同样的性能。换句话说,该算法能显著的减少阵元数,可以在不影响波束形成算法性能的基础上简化天线接收模式、A/D(Analog to Digital)转化等计算,便于实现。此外,该算法能在降低主瓣宽度、提高方向性的同时抑制旁瓣。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 课题研究背景与目的  12-13
  1.2 卫星天线研究状况  13-16
    1.2.1 基本的天线类型  13-15
    1.2.2 实际工程中的卫星天线  15-16
  1.3 阵列天线研究状况  16-20
    1.3.1 阵列系统设计  16-17
    1.3.2 阵列信号处理  17-20
  1.4 论文的研究内容及结构安排  20-21
第二章 智能天线技术  21-32
  2.1 智能天线的基本原理  21-24
    2.1.1 基本概念  21-22
    2.1.2 智能天线的特点  22
    2.1.3 智能天线的分类  22-23
    2.1.4 常用算法及其性能  23-24
  2.2 阵列天线的基本理论  24-28
  2.3 波束形成的基本原理  28-31
    2.3.1 波束形成的基本概念  28-30
    2.3.2 自适应波束形成  30-31
  2.4 小结  31-32
第三章 数字波束形成技术  32-45
  3.1 天线阵列模型  32-34
  3.2 数字波束形成原理  34-39
    3.2.1 接收波束形成及波束特征  34-37
    3.2.2 发送波束形成  37-38
    3.2.3 多波束形成  38-39
  3.3 常用的波束形成准则  39-41
    3.3.1 最小均方误差准则  39-40
    3.3.2 最大信噪比准则  40
    3.3.3 线性约束最小方差准则  40-41
  3.4 波束形成算法研究与仿真  41-45
    3.4.1 Bartlett 波束形成器  41-42
    3.4.2 仿真结果与结论  42-43
    3.4.3 Capon 波束形成器  43-44
    3.4.4 仿真结果与结论  44-45
第四章 基于卫星系统的低复杂度DBF 算法研究  45-76
  4.1 小卫星系统中算法实现的局限性  45-46
  4.2 空间内插值替换的DBF 算法  46-55
    4.2.1 自适应波束形成的几种典型算法  46-52
    4.2.2 空间内插值替换的DBF 算法的提出与建立  52-53
    4.2.3 仿真结果与计算量比较  53-55
  4.3 时域自适应旁瓣相消技术  55-63
    4.3.1 自适应波束形成数学模型  55-60
    4.3.2 自适应旁瓣相消的基本原理  60-61
    4.3.3 基于均匀圆阵的时域自适应旁瓣相消技术实现  61-62
    4.3.4 仿真结果与性能比较  62-63
  4.4 空时二维信号自适应处理的实现与仿真结果  63-73
    4.4.1 空时信号处理的基本原理  64-66
    4.4.2 时域滤波后分组级联空域自适应处理（1DT-SAP）  66-69
    4.4.3 时域滤波级联局域空时二维联合处理的系统（mDT-SAP）  69-70
    4.4.4 阵面任意放置时的空时二维处理  70-71
    4.4.5 空时二维信号处理的实现和仿真结果  71-73
  4.5 级联算法的仿真结果与分析  73-76
第五章 结论与展望  76-78
  5.1 本文工作总结  76
  5.2 展望  76-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  83

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信号处理 > 图像信号处理
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