基于復(fù)雜載體的共形軟件天線關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)模擬化，硬件化的雷達(dá)和天線系統(tǒng)已逐步被新型的數(shù)字化、軟件化系統(tǒng)所取代。基于復(fù)雜載體共形陣的軟件天線不僅具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值同時(shí)也具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)研究價(jià)值。共形軟件天線系統(tǒng)主要由共形天線及其陣列、信號(hào)與環(huán)境識(shí)別和分類算法、數(shù)字波束形成算法以及控制模塊幾個(gè)部分組成。本文以復(fù)雜載體共形天線陣為基礎(chǔ)，著重研究軟件天線的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。主要有以下五個(gè)部分：
　　(1)共形天線的分析和設(shè)計(jì)。針對(duì)共

2、形陣具有多尺度的特點(diǎn)（即共形天線由天線本身的精細(xì)結(jié)構(gòu)和載體的電大結(jié)構(gòu)所構(gòu)成），在積分方程的基礎(chǔ)上，著重研究了基于有限元——邊界積分的分析方法，并將該方法應(yīng)用到共形天線的分析和設(shè)計(jì)中。
　　(2)基于復(fù)雜載體共形陣的快速DOA估計(jì)方法。重點(diǎn)研究了幾種可以適用于任意陣列結(jié)構(gòu)的免搜索DOA估計(jì)算法，包括基于陣列流形分離技術(shù)（MST）的算法，基于傅里葉變換（FD）的算法和基于空間內(nèi)插（Interpolation）的算法。針對(duì)復(fù)雜載體上的共

3、形陣具有遮擋效應(yīng)，且空間內(nèi)插在復(fù)雜載體共形陣列上存在變換誤差大的問題，提出了基于子陣分割的空間內(nèi)插ESPRIT算法。數(shù)值仿真表明，該方法在保證一定精度的前提下，具有較小的運(yùn)算量和較快的運(yùn)算速度。
　　(3)基于復(fù)雜載體共形陣的快速角度——極化聯(lián)合估計(jì)。首先，研究了極化敏感陣列的特點(diǎn)，并導(dǎo)出了接收數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型。在基于Root MUSIC算法的基礎(chǔ)上，提出了利用2D DFT代替多項(xiàng)式求根來提高運(yùn)算速度，并將該算法推廣到任意陣列結(jié)構(gòu)的

4、二維角度、極化聯(lián)合估計(jì)。結(jié)果表明，該方法在保證精度的同時(shí)，可以有效降低計(jì)算復(fù)雜度。最后，利用空間內(nèi)插方法，將基于ESPRIT算法的角度——極化估計(jì)方法從平面陣推廣到共形陣上，相對(duì)于2D DFT方法，進(jìn)一步高了運(yùn)算速度。
　　(4)基于復(fù)雜載體共形陣的穩(wěn)健數(shù)字波束形成。首先提出了一種基于空間內(nèi)插變換的方法，通過內(nèi)插變換，將由有向陣元構(gòu)成的共形陣變換為具有全向陣元的均勻直線陣，以此提高了自適應(yīng)波束形成的性能和穩(wěn)健度。接著，提出了一種適

5、用性更廣的基于陣列流形分離技術(shù)的穩(wěn)健的波束形成算法。該算法具有簡單、穩(wěn)健性高，可用于任意陣列結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。理論分析結(jié)合實(shí)際的共形陣列上的仿真算例證明，該方法在小采樣數(shù)和低信噪比，以及存在DOA估計(jì)誤差時(shí)有較為穩(wěn)健的性能。
　　(5)共形陣的低副瓣、低交叉極化綜合。利用自適應(yīng)綜合理論，研究了適用于任意共形陣的低副瓣方向圖綜合。分析和研究了共形陣中交叉極化的影響，并將交替投影算法和自適應(yīng)綜合法相結(jié)合以提高迭代收斂速度，在獲得低副瓣的同時(shí)