陣列信號處理的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、陣列信號處理經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了諸多研究成果。但在一些工程具體應(yīng)用中仍有較多關(guān)鍵問題亟待解決。如天線陣列拓?fù)湓O(shè)計(jì)、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(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)研究仍是難點(diǎn)。特別是利用星載平臺對地面弱小信號目標(biāo)進(jìn)行偵測，面臨著陣列單元數(shù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對微弱

2、多信號測向和波束形成技術(shù)進(jìn)行研究，對互耦和通道誤差進(jìn)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(shù)字波束形成技術(shù)以及陣列誤差校正方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。文中提出、推導(dǎo)了一系列具有理論及實(shí)用價(jià)值的新算法，并通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提算法的優(yōu)良性能。本文的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新主要在以下幾個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法，分別設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。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(jìn)行了綜合分析和仿真，給出了綜合及仿真結(jié)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(gè)子陣構(gòu)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(gè)陣列天線的陣元增益，從而實(shí)現(xiàn)對微弱信號的DOA估計(jì)。分別結(jié)合七臂圓環(huán)陣和修改的七臂圓

4、環(huán)陣對測向性能進(jìn)行了仿真，仿真驗(yàn)證了該方法的有效性。提出了基于二次虛擬內(nèi)插技術(shù)的圓陣接收2D-DOA分離估計(jì)方法，該方法通過對圓陣進(jìn)行了兩次內(nèi)插，根據(jù)內(nèi)插出的兩個(gè)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(jì)。仿真研究表明二次內(nèi)插比單次內(nèi)插的估計(jì)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(quán)的波束形成技術(shù)，設(shè)計(jì)了幅度加權(quán)方式，結(jié)合七臂圓環(huán)陣對這些波束形成方法進(jìn)行了仿

5、真，仿真表明采用圓環(huán)幅度加權(quán)形式，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)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(shí)現(xiàn)，能極大地提高算法的運(yùn)算速度。經(jīng)仿真驗(yàn)證，算法與SMI算法性能相當(dāng)，即使存在陣列通道誤差時(shí)，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(jié)合七臂圓環(huán)陣進(jìn)行了仿真，仿真驗(yàn)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(shí)分離多個(gè)信號。
　　 ⑷針對存在互耦情況