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自适应共形阵列天线的研究与分析

作　者: 何明
导　师: 吕明
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 共形阵列数字波束形成圆柱阵圆台阵半球阵
分类号: TN821
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 337次
引　用: 4次
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内容摘要

在高速运行的飞行器或其他移动平台载体表面,常需要安装共形阵列天线。共形阵列天线不但不改变载体的空气动力学性能,便于安装;而且能够有效降低飞行器的雷达散射截面积(RCS),提高隐身性能。在实际运用中,共形阵列会存在遮挡效应:即某些阵元无法接收到来自每一方向入射的信号。本文研究了共形阵列的自适应数字波束形成技术,推导了圆柱共形阵列、圆台共形阵列、半球共形阵列的方向图函数,并在理想状况下对上述阵列上进行了数字波束形成研究,得到了较好的仿真结果,此外,还考虑了遮挡效应对共形阵列波束形成的影响,并引入了有向阵元和理想情况进行了分析比较,主要内容如下:首先介绍了自适应天线系统模型及常用的最佳加权系数优化准则,讨论了一些常用的自适应数字波束形成算法,并且在均匀线阵上进行了仿真。其次介绍了阵列信号处理的基本模型,推导了常用平面阵列的方向图函数。利用MVDR算法在平面阵列上进行了波束形成,并在指定的干扰方向上形成自适应零点。然后介绍了共形阵列的概念,推导了以均匀圆阵为基础的圆柱共形阵列、圆台共形阵列、半球共形阵列的方向图函数,并且分析了阵元数目、圆环数目、环间距、倾斜角及环间角度差对波束形成的影响。最后分析比较了上述三种共形阵列的特点。最后介绍了QR分解采样矩阵求逆(QRD-SMI)算法,利用该算法在理想状况下的圆柱共形阵列、圆台共形阵列、半球共形阵列上进行了波束形成仿真,在指定的干扰方向上形成自适应零点。然后在考虑遮挡效应的共形阵列上进行了波束形成研究,通过加入自适应零点的约束条件,在指定的干扰方向上形成零点,并引入有向阵元对结果进行了分析和比较。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 研究历史及发展现状  11-12
  1.3 论文的主要工作和内容安排  12-14
第二章自适应数字波束形成算法研究  14-29
  2.1 自适应天线系统模型  14-16
  2.2 最佳波束优化准则  16-20
    2.2.1 最小均方误差（MMSE）准则  16-17
    2.2.2 最大信噪比（MaxSNR）准则  17-18
    2.2.3 线性约束最小方差（LCMV）准则  18-19
    2.2.4 几种常用准则的比较  19-20
  2.3 自适应数字波束形成算法  20-28
    2.3.1 最小方差无失真响应(MVDR)算法  21-22
    2.3.2 QR 分解最小二乘（QRD-LS）算法  22-26
    2.3.3 仿真实验及性能分析  26-28
  2.4 小结  28-29
第三章阵列信号处理的基本模型  29-44
  3.1 窄带信号模型  29-31
    3.1.1 窄带信号的定义及模型  29-30
    3.1.2 阵列中的窄带信号模型  30-31
    3.1.3 加性噪声模型  31
  3.2 任意阵列模型  31-35
    3.2.1 方向图乘积原理  31-32
    3.2.2 任意阵列方向图函数  32-34
    3.2.3 均匀线阵  34-35
  3.3 平面阵列的方向图分析  35-40
    3.3.1 矩形均匀面阵  35-36
    3.3.2 均匀圆阵  36-38
    3.3.3 中心存在阵元的均匀圆阵  38-40
  3.4 平面阵列的数字波束形成仿真  40-43
    3.4.1 矩形均匀面阵  40-41
    3.4.2 圆形阵列  41-43
  3.5 小结  43-44
第四章共形阵列的方向图分析  44-69
  4.1 共形阵概念  44-45
  4.2 圆柱阵方向图分析  45-54
    4.2.1 方向图函数  45-47
    4.2.2 方向图性能分析  47-54
  4.3 圆台阵方向图分析  54-63
    4.3.1 方向图函数  54-56
    4.3.2 方向图性能分析  56-63
  4.4 半球阵方向图分析  63-67
    4.4.1 方向图函数  63-65
    4.4.2 方向图性能分析  65-67
  4.5 小结  67-69
第五章共形阵列的数字波束形成分析  69-87
  5.1 不考虑遮挡的波束形成分析  69-79
    5.1.1 MVDR 算法  69-75
    5.1.2 QRD-SMI 算法  75-79
  5.2 考虑遮挡的波束形成分析  79-86
    5.2.1 遮挡效应分析  79-84
    5.2.2 引入有向阵元的分析  84-86
  5.3 小结  86-87
第六章全文总结  87-88
致谢  88-89
参考文献  89-91
个人简历、攻读硕士期间完成的学术论文  91-92

自适应共形阵列天线的研究与分析

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