寬帶波束形成算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、波束形成作為陣列信號(hào)處理的基本方法，在雷達(dá)、聲納、通信等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。波束形成主要有兩方面的作用，一方面獲得抗噪聲、干擾和混響的空間增益，另一方面得到較高的空間分辨率，用以確定目標(biāo)方位。同時(shí)，為了提高系統(tǒng)時(shí)域分辨率從而提高檢測(cè)/通信性能，聲納、雷達(dá)、通信等系統(tǒng)中經(jīng)常采用寬帶信號(hào)形式。因此對(duì)寬帶信號(hào)波束形成方法的研究有著重要的實(shí)際意義。 本文首先介紹了波束形成和空間濾波的基本概念以及常見(jiàn)的波束形成方法，包括時(shí)域插值波束形

2、成方法和頻域波束形成方法，之后發(fā)展了時(shí)域波束形成方法的多相FIR濾波器實(shí)現(xiàn)，并針對(duì)帶通信號(hào)提出了基于多相FIR濾波器的帶通采樣波束形成方法。這種方法具有以下特點(diǎn)：1、選擇合適的采樣頻率，使得采樣輸出的同時(shí)自然實(shí)現(xiàn)正交解調(diào)，避免了正交解調(diào)模擬電路的使用；2、采用FIR濾波器一次性完成與信號(hào)匹配的低通濾波、內(nèi)插延時(shí)和相位旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)真正的延時(shí)波束形成；3、內(nèi)插系數(shù)由補(bǔ)零內(nèi)插波束形成方法中獲取各路信號(hào)對(duì)應(yīng)延時(shí)內(nèi)插點(diǎn)的低通濾波系數(shù)確定。該方法尤其

3、適用于寬帶信號(hào)的處理。 實(shí)際陣列系統(tǒng)中各陣元通道之間接收響應(yīng)往往存在不同程度的差異，特別對(duì)于寬帶信號(hào)系統(tǒng)，因此必須進(jìn)行通道校準(zhǔn)，否則將會(huì)因失配導(dǎo)致波束形成性能的下降。本論文結(jié)合特征子空間校準(zhǔn)和通道均衡校準(zhǔn)兩種方法，進(jìn)行了通道接收響應(yīng)失配的建模和校準(zhǔn)研究。 在上述理論研究的基礎(chǔ)上，本論文進(jìn)行了有關(guān)的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。執(zhí)行了帶通道校準(zhǔn)的時(shí)域波束形成和匹配濾波，分析了波束形成的相關(guān)性能，并和采用頻域波束形成方法的仿真進(jìn)行了比較。

4、結(jié)果表明兩者在波束形成的仿真實(shí)現(xiàn)性能上并無(wú)明顯差別，但論文提出的時(shí)域波束形成方法在波束數(shù)較少時(shí)能減少所需要的硬件計(jì)算資源。 最后，本論文把基于多相FIR濾波器的帶通采樣波束形成方法在DSP—FPGA硬件平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。在硬件實(shí)現(xiàn)上提出了一種級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)多通道FIR濾波器，該結(jié)構(gòu)適合于在FPGA中實(shí)現(xiàn)，較傳統(tǒng)濾波器執(zhí)行節(jié)省大量邏輯資源。仿真與實(shí)際測(cè)試結(jié)果都表明所設(shè)計(jì)的VHDL代碼很好地執(zhí)行了寬帶波束形成的功能，達(dá)到了波束形成的