陣列信號處理的關鍵技術研究.pdf

1、陣列信號處理經過幾十年的發(fā)展，已經取得了諸多研究成果。但在一些工程具體應用中仍有較多關鍵問題亟待解決。如天線陣列拓撲設計、微弱信號測向、波束形成、互耦和通道誤差校正等方面，在工程應用中的實現研究仍是難點。特別是利用星載平臺對地面弱小信號目標進行偵測，面臨著陣列單元數受限、可供布陣的區(qū)域形狀和面積受限、最小單元半徑受限、接收信號微弱、互耦和通道誤差校正難度較大等不利條件，需要對星載陣列天線的陣列拓撲結構進行優(yōu)化設計，結合陣列拓撲結構對微弱

2、多信號測向和波束形成技術進行研究，對互耦和通道誤差進行校正，以提高接收靈敏度和測向精度。論文主要針對星載陣列天線的布陣方式及優(yōu)化方法、陣列測向方法、數字波束形成技術以及陣列誤差校正方法等關鍵技術進行研究。文中提出、推導了一系列具有理論及實用價值的新算法，并通過計算機仿真實驗驗證了所提算法的優(yōu)良性能。本文的貢獻和創(chuàng)新主要在以下幾個方面：
　　 ⑴基于微遺傳優(yōu)化算法和粒子群優(yōu)化算法方法，研究了陣列拓撲結構設計及優(yōu)化方法，分別設計了一

3、維非均勻線陣、七臂圓環(huán)陣列和修改的七臂圓環(huán)陣列結構。對一維非均勻線陣、七臂圓環(huán)陣列和修改的七臂圓環(huán)進行了綜合分析和仿真，給出了綜合及仿真結果。仿真表明，在給定的條件下，七臂圓環(huán)陣列在副瓣性能上具有更好的特性。
　　 ⑵提出了基于二次組陣的MUSIC測向算法，該算法在陣列中選擇多個子陣構成的子陣集合，可以通過子陣間陣元的交叉或重疊選取的方式增加整個陣列天線的陣元增益，從而實現對微弱信號的DOA估計。分別結合七臂圓環(huán)陣和修改的七臂圓

4、環(huán)陣對測向性能進行了仿真，仿真驗證了該方法的有效性。提出了基于二次虛擬內插技術的圓陣接收2D-DOA分離估計方法，該方法通過對圓陣進行了兩次內插，根據內插出的兩個圓陣之間的移不變性，可分別利用ESPRIT算法和MUSIC算法直接獲得俯仰角和方位角的估計。仿真研究表明二次內插比單次內插的估計精度高。
　　 ⑶研究了基于協(xié)方差對角加載、廣義線性組合和幅度加權的波束形成技術，設計了幅度加權方式，結合七臂圓環(huán)陣對這些波束形成方法進行了仿

5、真，仿真表明采用圓環(huán)幅度加權形式，能夠在較寬的頻率范圍內降低旁瓣。提出了基于粒子群優(yōu)化的波束形成方法，該方法易于并行實現，能極大地提高算法的運算速度。經仿真驗證，算法與SMI算法性能相當，即使存在陣列通道誤差時，該算法也能有效收斂。研究了并行多波束形成方法和基于線性約束多波束形成方法，結合七臂圓環(huán)陣進行了仿真，仿真驗證了這兩種方法在七臂圓環(huán)陣情況下可有效地形成多波束，波束形成效果好，能同時分離多個信號。
　　 ⑷針對存在互耦情況