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DBF阵列幅相误差校准及其稳健性算法

作　者: 张钰
导　师: 盛卫星
学　校: 南京理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 自适应数字波束形成 阵列幅相误差 校准 稳健性
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


自适应数字波束形成技术(Adaptive Digital Beamforming, ADBF)是阵列天线与现代自适应信号处理相结合的技术,又称自适应空域滤波,其波束控制灵活,扫描快,相对于传统的阵列天线技术能够有效进行方向图控制,且能够根据外部环境自适应地跟踪对消干扰。但是在实际工程应用中,阵列幅相误差的存在严重影响静态方向图特性,造成天线增益下降,波瓣抬高,指向精度变差,同时在采用自适应波束形成算法跟踪对消干扰时造成模型失配,促使信号干扰噪声比SINR恶化,影响算法的响应速度、测向超分辨率以及调零深度。本文在研究阵列幅相误差对DBF系统影响的基础上,围绕阵列幅相误差校准及其稳健性算法展开了以下几个方面的工作：(1)在建立窄带信号、阵列幅相误差模型的基础上,研究分析了幅相误差对静态波束图以及自适应波束形成算法的影响。前者仿真给出了不同均方误差下的常规波束形成(Conventional Beamforming, CBF)方向图即静态方向图参数,后者给出误差下自适应方向图以及不同信噪比情况下的阵列增益。(2)针对远场校准时辅助信号源方位不准的问题,研究了基于分时工作信号源的线阵校准方法,讨论了该方法的校准条件并提出改进方法,同时给出了校准性能仿真分析；提出将该校准方法扩展应用到面阵,理论和仿真结果都验证了方法的正确性与有效性。(3)将阵列互耦校正技术(Mutual Coupling Technique, MCT)应用于DBF阵列幅相误差校准,仿真研究了基于MCT的DBF校准下阵列边缘误差、标定误差、阵元位置误差和随机扰动误差对幅相估计和最终方向图的影响,并提出减小这些误差影响的措施以及给出了MCT校准时应注意的问题。(4)除阵列校准外,对幅相误差稳健的自适应波束形成算法也是克服阵列幅相误差尤其是校准后残差对算法影响的有效手段。本文探讨了利用白噪声增益约束实现波束形成算法稳健性的方法,着重研究了基于白噪声增益约束的迭代最小二乘变量对角加载算法以及正加载和负加载算法,仿真分析了这类算法对于误差下波束性能的改进；仿真结果表明基于白噪声增益约束的一类算法具有较好的稳健性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
1 绪论  8-15
  1.1 研究工作的背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 阵列信号模型  11-14
    1.3.1 均匀线性阵列  12-13
    1.3.2 均匀平面阵列  13-14
  1.4 本文完成的主要工作  14-15
2 阵列幅相误差对数字波束形成的影响分析  15-25
  2.1 数字波束形成技术  15-17
    2.1.1 常规数字波束形成  15-16
    2.1.2 自适应波束形成  16-17
  2.2 阵列通道幅相误差模型  17-18
  2.3 阵列幅相误差对数字波束形成的影响  18-24
    2.3.1 幅相误差对CBF的影响  18-20
    2.3.2 幅相误差对ADBF的影响  20-24
  2.4 本章小结  24-25
3 基于分时工作信号源的远场校准方法  25-39
  3.1 引言  25
  3.2 基于分时工作信号源的均匀线阵校准  25-34
    3.2.1 分时工作信号源校准基本思想  25-26
    3.2.2 线阵分时工作信号源校准原理  26-27
    3.2.3 校准性能的分析与改善  27-30
    3.2.4 实验仿真  30-34
  3.3 基于分时工作信号源的均匀面阵校准  34-37
    3.3.1 面阵分时工作信号源校准原理  34-35
    3.3.2 校准条件择取  35-36
    3.3.3 实验仿真  36-37
  3.4 本章小结  37-39
4 基于互耦校正技术(MCT)的阵列校准方法  39-54
  4.1 引言  39
  4.2 MCT校准原理  39-41
  4.3 校准误差实验仿真分析  41-51
    4.3.1 阵列边缘误差  41-43
    4.3.2 标定误差  43-44
    4.3.3 阵列位置误差  44-46
    4.3.4 随机扰动误差  46-51
  4.4 MCT校准问题与改善  51-53
    4.4.1 路径选择  51-53
    4.4.2 需要注意的问题  53
  4.5 本章小结  53-54
5 基于白噪声增益约束的稳健性算法  54-70
  5.1 引言  54
  5.2 白噪声增益约束理论  54-55
  5.3 基于白噪声增益约束的稳健RLS算法  55-62
    5.3.1 GSC结构下的RLS算法  55-56
    5.3.2 稳健的RLS算法  56-58
    5.3.3 实验仿真  58-62
  5.4 基于白噪声增益约束的SMI算法  62-69
    5.4.1 白噪声增益不等式约束  62-63
    5.4.2 白噪声增益等式约束  63-64
    5.4.3 实验仿真  64-69
  5.5 本章小结  69-70
6 结束语  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
附录  76

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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
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