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最小冗余阵波束合成技术及其应用

作 者: 张璐
导 师: 许荣庆
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 信息与通信工程
关键词: 最小冗余阵 旁瓣抑制 自适应波束合成 波达方向估计
分类号: TN820.15
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


在许多工程应用中,要求天线阵列有窄的扫描波束,以提高空间分辨率等技术指标。通常为了实现窄波束采用两种方法:一种方法是基于均匀阵的基础,增加相控阵天线阵元的个数。这种方法不但增加了成本,还会增加系统的复杂度;另一种方法是将天线阵元在阵列孔径上进行稀疏布置,构成稀布天线阵。最小冗余阵作为稀布阵列中的一种,能以最小的冗余度获得比均匀阵大得多的阵列孔径,从而实现高分辨率,在雷达和无线通信领域中的智能天线技术方面有着广泛的应用前景,因而受到人们越来越密切的关注。随着对最小冗余阵研究的逐步深入,其波束合成技术成为了一个重要的研究课题。因为最小冗余阵在获得了窄波束的同时,其旁瓣电平也随之升高,并且为了使最小冗余阵具有较高的分辨率,需要增大阵列孔径,大大增加了阵元个数,这样会提高系统的复杂度,给后续处理带来困难。针对旁瓣高的问题,需要研究旁瓣抑制算法,而对于庞大且复杂的处理系统,则需要研究快速、稳定的波束合成算法。本文所做的工作主要包括以下几个方面:首先介绍了最小冗余阵及阵列冗余度的基本概念,对最小冗余阵与均匀阵进行了仿真比较并给出了简单的分析,验证了基于子区间迭代算法及约束最小二乘法对最小冗余阵旁瓣抑制的有效性。接下来在自适应理论的基础上,分析了对角加载对最小冗余阵自适应波束合成性能的影响,研究了神经网络在波束合成中的应用,并结合对角加载方法提高了波束合成的稳健性,探讨了当干扰信号源位于期望信号源附近时,最小冗余阵的抗干扰能力优于均匀阵,详细讨论了最小冗余理论在稀疏自适应阵列波束合成中的应用。最后,证实了最小冗余阵能以较高的分辨率实现对独立信源的角度估计,但对于相干源无法正确判断。针对于此提出一种基于共轭最小冗余阵的波达方向估计的算法,实现了对相干信号源的波达方向估计,提高了算法的实用性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 研究的背景和意义  9-10
  1.2 发展及国内外研究现状  10-12
  1.3 论文的主要研究工作和内容安排  12-14
第2章 最小冗余阵波束合成  14-26
  2.1 最小冗余阵的概念  14-19
    2.1.1 阵列冗余度的定义  15-18
    2.1.2 最小冗余阵的获得  18-19
  2.2 阵列信号数据模型建立及基本假设  19-22
    2.2.1 最小冗余阵模型  20
    2.2.2 一些基本假设  20-21
    2.2.3 最小冗余阵波束合成仿真  21-22
  2.3 最小冗余阵和均匀阵性能比较  22-25
    2.3.1 方向图的比较  22
    2.3.2 角度分辨率的比较  22-23
    2.3.3 最小冗余阵和均匀阵对抗噪声能力的比较  23-24
    2.3.4 最小冗余阵的宽频特性  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 旁瓣峰值控制算法研究  26-36
  3.1 一种基于子区间的波束合成控制算法  26-31
    3.1.1 算法基本原理  26-29
    3.1.2 算法仿真步骤  29
    3.1.3 算法仿真结果及性能分析  29-31
  3.2 约束最小二乘旁瓣控制算法  31-34
    3.2.1 算法基本原理  31-33
    3.2.2 算法仿真步骤  33
    3.2.3 算法仿真结果及性能分析  33-34
  3.3 本章小结  34-36
第4章 自适应数字波束合成技术  36-53
  4.1 自适应天线组成  36-37
  4.2 MVDR波束合成算法  37-42
    4.2.1 MVDR算法原理  37
    4.2.2 对角加载  37-38
    4.2.3 对角加载值的确定  38-39
    4.2.4 实验仿真结果  39-42
  4.3 径向基神经网络的波束合成  42-46
    4.3.1 RBF神经网络的结构  42-43
    4.3.2 RBF网络对最小冗余阵的波束合成  43-44
    4.3.3 实验仿真结果  44-46
  4.4 基于最小冗余阵的自适应波束合成应用  46-52
    4.4.1 最小冗余阵在自适应波束合成中的应用  46-49
    4.4.2 最小冗余空间原理在TAA中的应用  49-52
  4.5 本章小结  52-53
第5章 最小冗余阵在DOA估计中的应用  53-64
  5.1 基于MUSIC算法的DOA估计  53-56
    5.1.1 MUSIC 算法的基本原理  53-54
    5.1.2 仿真实验及分析  54-56
  5.2 相干信号源模型及去相关方法  56-60
    5.2.1 相干信号源数学模型  56-57
    5.2.2 空间平滑技术  57-60
  5.3 共轭最小冗余阵对相干信源的DOA估计  60-63
    5.3.1 共轭最小冗余阵的提出  60-62
    5.3.2 实验仿真及分析  62-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 一般性问题 > 信号发送、辐射系统 > 天线阵与天线组合
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