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《电子科技大学》 2012年
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基于复杂载体的共形软件天线关键技术研究

杨鹏  
【摘要】:随着计算机技术和高速数字信号处理技术的发展,传统模拟化,硬件化的雷达和天线系统已逐步被新型的数字化、软件化系统所取代。基于复杂载体共形阵的软件天线不仅具有重要的工程应用价值同时也具有较强的学术研究价值。共形软件天线系统主要由共形天线及其阵列、信号与环境识别和分类算法、数字波束形成算法以及控制模块几个部分组成。本文以复杂载体共形天线阵为基础,着重研究软件天线的几个关键技术。主要有以下五个部分: (1)共形天线的分析和设计。针对共形阵具有多尺度的特点(即共形天线由天线本身的精细结构和载体的电大结构所构成),在积分方程的基础上,着重研究了基于有限元——边界积分的分析方法,并将该方法应用到共形天线的分析和设计中。 (2)基于复杂载体共形阵的快速DOA估计方法。重点研究了几种可以适用于任意阵列结构的免搜索DOA估计算法,包括基于阵列流形分离技术(MST)的算法,基于傅里叶变换(FD)的算法和基于空间内插(Interpolation)的算法。针对复杂载体上的共形阵具有遮挡效应,且空间内插在复杂载体共形阵列上存在变换误差大的问题,提出了基于子阵分割的空间内插ESPRIT算法。数值仿真表明,该方法在保证一定精度的前提下,具有较小的运算量和较快的运算速度。 (3)基于复杂载体共形阵的快速角度——极化联合估计。首先,研究了极化敏感阵列的特点,并导出了接收数据的数学模型。在基于Root MUSIC算法的基础上,提出了利用2D DFT代替多项式求根来提高运算速度,并将该算法推广到任意阵列结构的二维角度、极化联合估计。结果表明,该方法在保证精度的同时,可以有效降低计算复杂度。最后,利用空间内插方法,将基于ESPRIT算法的角度——极化估计方法从平面阵推广到共形阵上,相对于2D DFT方法,进一步高了运算速度。 (4)基于复杂载体共形阵的稳健数字波束形成。首先提出了一种基于空间内插变换的方法,通过内插变换,将由有向阵元构成的共形阵变换为具有全向阵元的均匀直线阵,以此提高了自适应波束形成的性能和稳健度。接着,提出了一种适用性更广的基于阵列流形分离技术的稳健的波束形成算法。该算法具有简单、稳健性高,可用于任意阵列结构的优点。理论分析结合实际的共形阵列上的仿真算例证明,该方法在小采样数和低信噪比,以及存在DOA估计误差时有较为稳健的性能。 (5)共形阵的低副瓣、低交叉极化综合。利用自适应综合理论,研究了适用于任意共形阵的低副瓣方向图综合。分析和研究了共形阵中交叉极化的影响,并将交替投影算法和自适应综合法相结合以提高迭代收敛速度,在获得低副瓣的同时,有效抑制了交叉极化。 本文的研究工作可为软件天线在共形阵上的应用提供了有效的方法途径,并为该课题的进一步深入开展打下坚实的基础。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN820.15

【参考文献】
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【共引文献】
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