一维子阵自适应数字波束形成算法研究

在现代雷达系统中,相控阵雷达是其非常重要的发展方向,其中的自适应数字波束形成技术则是相控阵雷达的核心技术.自适应数字波束形成的核心问题是对期望信号的有效接收,但对干扰信号的抑制则是通过调整各个阵元的权值来实现的.由于大型相控阵天线的阵元数目比较多,如果在阵元级进行自适应数字波束形成,则硬件系统复杂.为解决这个问题,可利用子阵级自适应数字波束形成的方法,即每个子阵利用一个接收通道.因此,可在低副瓣的基础上,使子阵自适应波束形成.通过仿真可知:阵元幅度加权可以很好地降低副瓣;可解决均匀非重叠子阵的幅度加权产生的栅瓣问题;子阵级自适应数字波束形成具有很好的抗干扰性能.     

基于不同天线阵列的移动通信系统下行波束设计

针对基于阵列天线的移动通信系统,讨论不同模型下的下行波束设计方法,并对圆天线阵列和直线天线阵列进行计算机仿真.仿真结果表明,圆天线阵较适合开关多波束设计,直线天线阵可用于下行选择性多波束设计.如果直线阵采用Chebyshev天线阵激励作为加权值幅度,则可实现下行波束优化设计,并使系统复杂度降低.     

基于十字型阵列的并行子阵波束形成算法

针对基于平面阵三维声纳成像系统应用中硬件开销及波束形成计算量大的问题,提出了一种基于十字型阵列的并行子阵波束形成算法。十字型阵列采用两条一维线阵实现了三维声纳成像,相比于二维平面阵,极大地简化了硬件复杂度。并行子阵算法在此基础上对十字型阵列的接收波束形成过程进行优化。算法将接收阵划分为多个子阵,在各子阵上并行地进行一级频域波束形成,在各子阵之间执行二级波束域波束形成,该两级并行流水线结构,有效地降低了波束形成的计算量。此外,给出了算法在现场可编程门阵列(FPGA)平台上的实现架构。仿真结果显示:本文算法获得了与直接波束形成相近的波束性能,但计算量仅为其一半,并且随着波束数量的增加,其优势会更加明显。     

-种改进的波束空间自适应波束形成算法

在数字阵列雷达中,自适应波束形成（ADBF）算法常被用来抑制副瓣干扰.针对当阵元数较多时ADBF算法运算量很大问题,采用子阵空间或波束空间的方法进行降维处理.通过引入部分自适应阵方法对经典波束空间自适应波束形成（A一ADBF）算法进行了改进,改进后的算法不仅具备波束空间和子阵空间算法的优点,而且更加适合工程实现.仿真结果表明,该算法能有效地在干扰方向形成零点.     

抗干扰阵列天线的小型化及波束形成技术分析

在抗干扰阵列天线小型化的基础上,提出了一种波束形成的新技术．在实际设计中,通过减小阵列天线单元之间的间距实现了阵列天线的小型化;编制高频结构仿真VBScript脚本程序来提取阵元的有源方向图和有源阻抗数据;在Matlab中编写了基于差分进化算法的优化设计程序;通过Matlab来调用高频结构仿真进行全波仿真分析,得出最优的阵元加权因子以实现抗干扰阵列天线的波束零陷．研究结果表明,该技术能够非常精准地在干扰方向(30°,10°)上形成零陷,且零陷深度提高了32dB．     

一种综合发射波束的超分辨处理方法

针对发射采用阵列天线，接收只能采用单根天线的雷达，为了提高目标的角分辨能力，应用MUSIC算法对综合发射波束进行超分辨处理．由于单根天线接收信号经分离处理后得到的数据模型与常规非均匀阵列接收的数据模型等效。因此超分辨处理可以实现。仿真结果证实了这一点．这种在接收端对发射波束进行超分辨处理。提高了雷达对目标的角分辨能力和测角精度。并且拓展了超分辨处理的应用领域．     

基于加权MMSE方法的中继发射波束成形器设计

针对一个全双工(Full Duplex, FD)双向通信系统提出了中继发射波束形成器的设计问题.该系统的两个源结点配备多根天线,附近的每个中继结点配备两根天线,一根用于传输,另一根用于接收.中继处在有限的发射功率和使用迫零归零技术下,设计了两种具有迭代线性复杂度的中继波束成形器：最小化两个源结点加权均方误差和最大化较小源结点的信噪比.通过对加权总和传输速率和平均运行时间的仿真,数值实验验证了改进加权最小均方误差波束成形器的有效性和高效性.     

频率选择性信道下特征波束和空时编码联合分集

为了改善宽带下行衰落相关信道下空时码性能,提出了基于空时编码和特征波束结合的方案．该方案结合了特征波束形成和OFDM技术,将空域协方差矩阵的特征矢量作为空时码矩阵的加权矢量,使空时码在空间能量最集中的方向发射．利用特征波束形成和降维处理将衰落相关信道转化成2个发射天线N个接收天线的FIR信道．利用OFDM技术将FIR信道转化为一组相互独立的平行子信道来承载空时码．仿真结果表明与经典Alamouti码相比较,在不同多径数目及不同发射阵元条件下,该方案在信噪比提高的同时,误比特率性能曲线斜率下降更快．在发射阵元为6,多经数目为16的条件下,系统性能提升5dB．获得了更好的分集增益,并增加了等效信道总功率．     

Rotman多波束网络的分析

研究了用于多波束形成网络的微带Rotman透镜。介绍了基于几何光学法的设计公式,并给出了透镜的相位特性,将透镜的波束口和阵列口等效为二维天线,利用天线理论得到了其幅度特性。并以32个波束口和（或）32个阵列口的Rotman透镜透镜为例,分析了偏轴焦距,正轴与偏轴焦距比,波束口数,天线阵单元数,焦角,扫描角及频率等设计参数对透镜性能的影响,为多元Rotman透镜的设计提供了参考依据。     

时延单元量化误差分析及宽带相控阵数字波束形成

分析了模拟延时线的量化误差会造成信号功率及信号距离分辨率的降低，在基于子阵和发射为线性调频信号的前提下．提出了一种宽带数字接收波束形成方法．该方法先对接收信号拉伸处理和低通滤波．然后在子阵间时域相位加权实现宽带数字波束形成。低通滤波后的数字采样和信号处理均可在低的速率下进行．太大降低了运算量且容易实现。通过计算机仿真得出．数字方法消除了量化误差的影响．波束形成性能比模拟延时线方法有较大的提高．     

Rotman多波束网络的分析

研究了用于多波束形成网络的微带Ｒｏｔｍａｎ透镜．介绍了基于几何光学法的设计公式,并给出了透镜的相位特性,将透镜的波束口和阵列口等效为二维天线,利用天线理论得到了其幅度特性．并以具有３２个波束口和（或）３２个阵列口的Ｒｏｔｍａｎ透镜为例,分析了偏轴焦距、正轴与偏轴焦距比、波束口数、天线阵单元数、焦角、扫描角及频率等设计参数对透镜性能的影响,为多元Ｒｏｔｍａｎ透镜的设计提供了参考依据．     

基于广义分布式天线阵的MIMO检测

针对超3代（B3G）系统中广义分布式天线阵的架构,提出了适用于多个多天线阵中多输入多输出（MIMO）结构的交叉迭代检测译码算法. 该算法通过在多天线阵之间交叉传递信息的方式,将传统的贝尔实验室分层空时码（BLAST）译码算法与干扰删除操作结合起来,实现交叉迭代译码,有效地解决了广义分布式天线阵系统中相邻天线阵覆盖范围内使用相同资源用户之间的干扰问题,改善了系统性能.     

Design of the beam scanning microstrip reflectarray antenna

For the aim of designing a wide-angle low sidelobe beam scanning microstrip reflectarray antenna, a new design method based on a new aperture phase distribution of three focuses is proposed. This method introduces a new phase distribution determined by three focuses for wide-angle beam scanning firstly. Then the aperture phase distribution is further optimized by the hybrid particle swarm algorithm to reduce the side lobe level of the pattern. Based on the optimization, the antenna realizes beam scanning by use of a moving feed. In order to verify the effectiveness of the design method, a Ku-band circular polarized beam scanning reflectarray antenna is designed and fabricated. The measured results agree well with the simulated ones, with the side lobe level being below -18dB within the scan range of 52°and the band reaching 108％(the overlapping 3dB axial-ratio (AR) and 1dB gain bandwidth).     

小规模天线阵列波束指向校准算法研究

基于有源方向图叠加原理和杂草入侵优化算法对小规模天线阵列的波束指向进行了校准。对于小规模阵列,由于天线单元之间的互耦导致阵中每个单元的方向图各不相同,如果使用阵因子理论对其配相,阵列无法扫描到期望的波束指向。为了考虑互耦的的影响,利用有源方向图叠加原理合成整个阵列的方向图;再将杂草入侵优化算法和有源方向图叠加原理进行结合对每个单元的馈电相位进行优化。基于该混合算法,对一个7元平面阵列进行了优化,优化后的相位分布可以使该阵列扫描到期望的波束指向,解决了小规模阵列的波束指向偏差问题。     

矢量传感器阵列高分辨率方位估计技术研究

矢量传感器能同时共点拾取声场中的声压和三路相互正交的振速信息,获得额外的信息量,它的出现引起了国内外的关注.为了改善波束域高分辨率方法的性能,获得矢量传感器阵列对多目标的足够精度的分辨能力,在研究矢量传感器阵列目标估计基础上,首次在矢量传感器阵列处理领域将矢量阵波束形成与波束域目标估计算法结合起来,实现了高精度目标方位估计,与常规阵元域和波束域方法相比,提高了多目标估计性能,降低了输入信噪比门限,增大了阵列输出增益,减小了计算量.仿真验证了该算法的优越性.     

Static beamforming method of frequency diverse array

Focused on the time-varying property of the transmit beampattern of the frequency diverse array, a static transmit beamforming method is proposed to control the beampattern of the pulsed frequency diverse array, and the characteristics of its radiating pattern are studied. With a tiny progressive incremental frequency shift applied between the adjacent antenna elements, a range-angle dependent radiating pattern is achieved. Compared with the conventional phased array, the frequency diverse array is low in price and small in complexity without the use of phase shifters, which enables it to be suitable for the miniaturization design of an array antenna. Moreover, its range-angle dependent characteristic significantly enhances the flexibility of antenna beam scanning. Simulation experiments demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

一种新型微带天线及其宽角扫描特性研究

该文主要描述了一种适合宽角扫描的相控阵天线单元设计思路,研究了其组阵实现宽角扫描的特性。为尽量减少大角度扫描过程中由于天线单元波束宽度有限带来的阵列增益下降,采用折叠地板的方式展宽天线单元半功率波束宽度;同时,为了降低互耦引起的天线单元方向图畸变,在宽波束设计基础上探索了降低天线互耦的方法,使得真实阵列方向图尽可能地满足方向图乘积定理,从而实现宽角、高增益扫描的目的。经一维线阵的仿真和测试,设计了一种能扫描到±70°且增益变化不大的宽角扫描阵列。设计的天线还能作为一种典型的天线单元,应用于5G等民用消费电子场景。     

BP神经网络天线方向图获取方法研究

焦平面阵列成像体制是实现无源毫米波实时成像的主要途径。焦平面体制存在馈源偏焦的问题,导致成像系统的点扩展函数(PSF)具有空变特性。为研究毫米波焦平面阵列成像点扩展函数的空变规律,提出采用BP神经网络生成偏焦位置的空变方向图。通过分析天线方向图数据的特点,研究了BP神经网络的结构形式和输入输出数据格式的设计方法,并通过实验方法确定了网络的隐层形式。实验结果表明,采用双隐层BP神经网络生成的方向图可以达到99.75%的精度。     

荷叶状空间信道模型与MIMO多天线系统分析

针对市郊移动通信环境,在三维空间域信道模型中分析和研究线阵列和环阵列多入多出多天线系统． 采用荷叶状空间信道模型,在计算波达信号概率密度函数的基础上,着重从天线阵列导向矢量和信道自相关函数两方面导出线阵列和环阵列天线阵元间的信号衰落相关性的表达式,阐明天线阵元间距和角度参数对信号衰落相关性的影响机理． 分析结果与实际信道测量结果相比较,信道容量与实际信道测量结果较为吻合． 天线阵元间距和波达信号角度扩展对多入多出多天线系统性能起到决定性作用．     

An Optimal Sorting of Pulse Amplitude Sequence Based on the Phased Array Radar Beam Tasks

The study of phased array radar (PAR) pulse amplitude sequence characteristics is the key to understand the radar’s working state and its beam’s scanning manner. According to the principle of antenna pattern formation and the searching and tracking modes of beams, this paper analyzes the characteristics and differences of pulse amplitude sequence when the radar beams work in searching and tracking modes respectively. Then an optimal sorting model of pulse amplitude sequence is established based on least-squares and curve-fitting methods. This method is helpful for acquiring the current working state of the radar and recognizing its instantaneous beam pointing by sorting the pulse amplitude sequence without the necessity to estimate the antenna pattern.