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无线电侦测中的阵列处理算法研究

覃岭  
【摘要】:无线电通信侦测是获取通信情报(COMINT)的一种重要手段,随着近年来通信技术的不断发展,以及敌意、非敌意干扰造成的日益复杂的电磁环境,使得我军现有侦测装备对敌方通信信号侦测效果不佳的问题日益突出。如何提高通信侦测的整体效能,是当前亟需研究的一个重要课题。 本文的主要工作是对无线电通信侦测系统涉及到的相关技术进行研究,主要包括基于软件无线电的阵列通道数字接收及信道化技术、宽带DOA估计算法、均匀圆阵方向图综合与干扰置零技术、基于子阵级DBF的DOA估计方法等,最后通过一个实际系统对部分技术进行了验证。本文的主要工作贡献包括了以下几个方面: 首先研究了与软件无线电有关的的基本理论和技术,研究了基于FFT的多相信道化接收机结构,提出了一种同时实现抽取滤波的FIR滤波器设计方法——时钟选择运算法,滤波的同时实现抽取,减少了运算量。给出了宽带数字下变频电路滤波抽取部分高效实现的设计方法,实现了资源的合理高效利用。 针对宽带DOA估计技术的相关算法:ISM算法、CSM算法、TOPS算法和一致聚焦算法等进行了研究和性能讨论。然后,提出了宽带接收情况下对多个信道同时进行DOA估计的快速实现方法——快速空间谱估计测向技术。该技术利用了导向矢量的循环特性,提出了用循环卷积的方法来代替谱峰搜索,进一步用快速付里叶变换的乘积代替循环卷积,从而大大减小了计算量。仿真结果表明,提出的方法与经典MUSIC算法得到的结果完全一致。 针对日益复杂的电磁环境,提出了采用自适应波束形成技术实现对信号的高质量接收。通过对各种自适应准则的研究分析,提出了均匀圆阵的方向图综合算法(PSA),并将该算法推广到有向阵元均匀圆阵中。最后,通过重新构造阻塞矩 阵,提出了一种均匀圆阵主瓣干扰下的干扰置零技术,能有效的消掉主瓣干扰。研究了利用自适应波束形成技术实现DOA估计的方法,基于DBF的DOA估计可以先运用波束形成原理进行干扰抑制,在此之后进行DOA估计,这样能最大程度的抑制干扰对DOA估计的影响,同时有效的提高DOA估计的性能。随后,提出了一种基于子阵DOA的强干扰背景下的弱信号检测的M-SBDOA算法,它能有效地抑制强干扰的影响,估计出所需要的弱信号的DOA,这种算法计算量小,结构简单,而且其估计精度高。考虑到均匀线阵本身存在一些缺点,提出了基于均匀圆阵模式空间转换方法的SBDOA算法。克服了均匀线阵由于其模式空间特殊性导致的相位模糊,且此方法估计信源数目可以大于阵元数目。 通过一个实验系统验证了阵列处理实现DOA估计和自适应波束形成算法的性能。DOA估计采用了快速空间谱估计测向技术,实现了30MHz带宽内8个信号的实时测向。本文提出了一种模拟和数字混合波束形成方法。首先通过模拟波束形成产生一组较高增益的方向波束,然后再使用有向阵元PSA算法,由此,得到满足实际使用要求的合成波束。


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