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阵列方向图综合和自适应波束形成研究

刘宏奏  
【摘要】:阵列天线广泛应用在诸如雷达、声纳、无线通信及电子对抗等领域,其中尤以方向图综合和自适应波束形成为其核心技术,其在抗干扰、抗衰落、抗截获和参数估计等方面有着重要作用。 圆形阵列具有其他阵列不可比拟的优点。其具有良好的全平面扫描能力,同时还可以克服线阵的其它一些固有缺点。 当前对天线阵的理论研究大多假定阵元为全向阵元,实际情况则不尽然,为此,很多全向阵元适用的方向图综合和自适应波束形成方法将不再适用有向阵元的情况。同时,在诸如圆形阵列等天线阵中,有向阵元的采样将大大改善天线阵的频率带宽性能,但不局限于此。 本文在国家自然科学基金和中国电子科技集团第29研究所联合资助下,对目前流行的各种算法在不同阵列下的性能进行了详细地讨论,重点对线阵和圆阵做了较详细的分析比较。根据有向阵元的特性对有向阵元对阵列波达角(DOA)估计的影响进行了深入的研究,得出了有价值的研究成果;同时本文还研究了适合圆阵和有向阵元的方向图综合,提出了基于离散傅立叶变换(DFT)的有向阵元适用的圆形阵列天线方向图综合算法以及引入有向阵元来改善圆阵的方向图特性和自适应零点形成。 本文的主要研究内容有以下几个部分构成: 第一部分首先介绍了天线阵方向图综合的预备知识,之后概括了传统阵列综合方法和自适应阵列综合方法,比较了各种算法的优缺点,重点分析了基于DFT的阵列方向图综合方法。 第二部分研究了有向阵元对阵列DOA估计性能的影响,仿真表明在偏离阵列法线方向|△θ|30°时,即使存在方位依赖性误差,仍然可以得到较为准确的DOA估计,这从实际应用观点看是有一定价值的。提出了基于离散傅立叶变换(DFT)的有向阵元适用的圆形阵列天线方向图综合算法,对该算法做了详细的理论推导和计算机仿真分析。理论分析和仿真结果表明该方法可以获得与期望方向图相符的理想结果,同时有效地改善了阵列的频率带宽特性,并能够在计算机或数字信号处理器中简单、高效地实现快速傅立叶变换。当阵元个数较多时,这一特性更加明显,具有较强的实用价值。


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