多子阵对相干算法在高分辨率多波束测深系统中的应用研究

针对多波束测深系统中的相干算法,基于相位估计误差最小准则,理论推导了最优子阵结构,并针对相干算法中存在的相位模糊,理论推导了相位模糊与子阵结构的关系,最终在此基础上提出了多子阵对相干算法,不仅高效解决了多波束相干测深算法中的相位解模糊难点,而且有效提高了海底地形估计的分辨率和覆盖能力.对水池和湖上实验数据的处理结果表明此方法的有效性、实用性与优越性.     

满足高精度测量的GNSS自适干扰抑制算法

日益复杂的电磁环境严重干扰了全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的正常有效运行.多天线空域自适应处理能够有效抑制电磁干扰,但是空域自适应处理算法可能会引入卫星信号载波相位误差.此外,多天线组成的阵列本身存在各种不理想因素也会引入误差,这些对高精度测量系统来说是不可容忍的.为此,本文首先分析了GNSS中常用的空域自适应处理算法在抑制干扰的同时对载波相位测量的影响,在此基础上提出了一种不需要阵列流形信息的盲波束形成算法——二次解重扩算法.其核心思想是在解重扩（De-spread Re-spread,DR）算法的基础上增加频率精估计环节,并根据精估后的载波频率重新构造本地参考信号与接收数据进行相关,从而最小化波束形成权矢量与卫星信号的导向矢量之间的误差,减小了空域抗干扰对卫星信号载波相位的影响.     

一种改进的基于干涉相位的基线估计方法

该文研究了基于干涉相位的基线估计方法,对原有基于干涉相位傅里叶变换的算法从4个方面进行了改进。提出了精确计算干涉相位瞬时频率的方法;指出了干涉相位样本区域分布原则,能够有效改善采用最小二乘拟合方法时方程的病态性;提出了能够有效剔除干涉相位噪声较大及地形变化剧烈区域对估计精度影响的定量化样本区域选取准则;通过计算差分干涉相位迭代求解优化估计精度。利用改进算法对双天线干涉和重轨干涉数据进行了基线估计,结果表明该文算法相比原有算法鲁棒性和精度都大大提高,适合机载重轨干涉SAR的基线估计。     

稳健的宽带多径干扰抑制波束形成算法

针对传统宽带多径干扰抑制波束形成算法计算量大、稳健性差的问题,提出一种基于均匀直线阵的稳健宽带多径干扰抑制波束形成算法。当期望信号垂直入射时,该算法首先在波束旁瓣区域引入虚拟干扰源构造能量聚焦矩阵,通过主瓣宽度的迭代处理,整体控制输出波束的旁瓣级,将旁瓣区域能量聚焦到主瓣区域,实现多径干扰条件下的宽带波束形成;然后对期望信号和辅助方位角施加相位响应约束,将其扩展至期望信号非垂直入射和存在指向误差的情况,与传统宽带多径干扰抑制波束形成算法相比,在提高算法稳健性的同时大大降低了计算复杂度;最后仿真分析与实际数据验证表明,该算法能够有效的抑制多径干扰,稳健性较好且具有较高的输出信干噪比。      

基于自适应波束形成的抗干扰跳频通信方案

本文将自适应波束形成技术与跳频通信相结合,提出了一种新的基于空间平滑算法与相位补偿算法的抗相关干扰跳频通信方案.该方案通过采用相位补偿算法,消除了跳频与自适应波束形成相结合时存在的波束指向偏差问题,提高了波束形成的收敛速度.将空间平滑算法应用到波束形成中,有效实现了对跳频通信系统中相关干扰的快速抑制.在强相关干扰环境下...     

LFMCW车载防撞雷达信号处理模块研究

针对LFMCW车载防撞雷达系统,设计了一种低复杂度的信号处理模块,该模块由预处理、恒虚警(CFAR)检测和多目标配对等子模块组成,能够实现目标检测与参数估计功能。由于系统硬件限制,多个天线不能同时发射信号,因此该系统通过时间分集发射信号。在预处理阶段,通过相位校准将接收的不同发射天线的目标回波信号合成一个具有更大孔径的等效虚拟接收阵列信号,获得更高的波束形成增益和测角精度,并对虚拟接收阵列信号采用数字波束形成技术形成窄波束接收以抑制杂波干扰信号。在CFAR检测中,提出了一种能够自适应改变噪声电平估计样本的改进CFAR算法以有效减小目标遮蔽效应并提高检测概率。针对多目标配对问题,提出了一种利用先...     

高精度多功能自适应相控阵天线的研究

从发掘相控阵天线潜力使其具有高精度、抗干扰和多功能等角度出发,对下列课题进行了研究：适当随机相位量化优化波束指向的算法;适当相位加权和振幅加权波瓣置零实数算法;适当相位加权和振幅加权的ＤＢＦ实数算法;随机对角线加载算法对自适应算法的影响;新的线性调频信号检测和估计方法;非对称波瓣算法。以上算法均采用了适当改变技术（ＡＣＴ）。计算机模拟结果证明,这些算法是行之有效的。     

改进的LCMV算法在多波束形成中的应用

基于线性约束最小方差(LCMV)算法的自适应波束形成技术,得到的方向图能保证期望信号方向增益最大,非期望方向形成零陷。但实际应用中由于不可避免的存在阵元位置误差、阵元相位误差及指向误差等(统称为相位误差),使约束的导向矢量与真实期望信号的导向矢量不一致,从而影响系统的性能。改进的LCMV波束形成算法——基于迭代二阶锥的唯相位波束形成技术,通过改变移相器的相位,使各阵元输出信号相位一致,在多个方向上形成主波束,阵列输出功率最大。     

基于投影矩阵法的阵列天线波束形成方法

该文介绍一种阵列天线波束形成的新算法投影矩阵法,包括复系数、仅相位、仅幅度的波束形成技术,并推广应用到多目标波束综合设计中。文中首先给出采用投影矩阵法进行阵列天线复系数和仅相位波束形成的计算方法,然后提出仅幅度控制下的投影矩阵法,并进一步应用到多目标波束同时优化设计中。该文计算了多种工程应用例子,特别是满足全口径和多子孔径波束优化的仅幅度控制技术、满足多波束优化的仅相位控制及共用幅度优化技术,对算例的设计达到了采用优化激励系数控制波束指向、波束赋形、旁瓣电平等性能要求,实现了阵列天线的波束形成。仿真结果说明了投影矩阵法的有效性,适用范围广泛。      

一种时域波束形成系统的工程实现方法

相对于频域波束形成造成的帧间相位不连续,时域波束形成可对阵列输入信号进行精确时延从而得到相位连续的波束。设计了一种时域波束形成系统的工程实现方法。该方法将通道校正和波束形成分开,采用可变分数真延迟滤波器设计方法在线生成通道校正系数和波束权值;采用基于多项滤波和分布式算法实现的FIR滤波器结构,解决了高采样率信号对实时滤波器的要求。与基于乘法器实现的时域波束形成系统相比,该系统不使用乘法器,对FPGA逻辑的消耗也有明显降低,系统可根据资源灵活配置波束数目。     

基于延迟锁相环的到达时间估计算法

超宽带脉冲信号具有高时间分辨能力,能达到厘米级的定位精度。目前,脉冲超宽带测距定位系统中普遍采用基于能量检测的非相关到达时间(TOA)估计算法的性能通常受限于阈值门限和估计偏差。该文在原先锁相环方案基础之上引入延时迟支路和衰减因子,提出了一种易于实现的基于延迟锁相环的TOA估计算法。通过在迟支路中设置不同的衰减因子,仿真结果表明,在IEEE802.15.4a4种信道模型CM1~CM4中,新算法均能有效提升测距定位精度,即缩短了首达路径与锁相环稳态锁定点之间的时差,其估计偏差最低可降至原有方案的1/10。     

基于宽频带多基线阵列解模糊的波达角估计算法

针对宽频带电子信号侦测系统测向精度与解相位模糊能力这一矛盾问题,根据多基线测向原理,提出一种基于宽频带多基线阵列解模糊的波达角估计算法,并进行了仿真分析。结果表明,该方法可有效求解宽频带多基线阵列相位模糊,提高对目标在相位差测量精度不高情况下的测向精度。     

快速扫描机载气象雷达多普勒解模糊算法

本文针对机载气象雷达前视快速扫描下的多普勒模糊问题,提出了两种多普勒解模糊算法：基于改进方位向波束形成算法和基于阻塞矩阵算法。基于改进方位向波束形成算法在传统的Capon波束形成的基础上,利用空间谱积分的方法对非期望信号协方差矩阵进行重构和对导向矢量进行估计,进一步提高了算法的鲁棒性,降低方位角估计误差;基于阻塞矩阵算法需要估计导向矢量,并利用导向矢量计算阻塞矩阵,将接收信号进行多普勒模糊相消预处理,阻塞每个多普勒频点的模糊多普勒分量,以达到解模糊的目的。通过仿真实验证明,两种方法均可以有效地恢复信号的多普勒信息,其中基于阻塞矩阵算法与基于改进方位向波束形成算法相比,有更优良的性能,并有更小的运算量。     

A high-speed adaptive antenna array with simultaneous multibeam-forming capability

A new type of adaptive beamforming antenna system architecture is proposed for multichannel wireless communications. Multibeam communication with high data throughput is accomplished using the proposed beamformer architecture. The system consists of analog mixers, a multitone direct digital synthesizer (DDS), and a digital signal processor (DSP) controller. The essential idea of multibeam forming is based on a multitone weighting scheme combined with analog-digital hybrid signal processing. While the real-time multibeam construction is realized by the analog mixer circuits and a DDS, the complicated adaptive beamforming and direction-of-arrival estimation algorithms are carried out by the DSP. In this architecture, only one beamformer circuit is required to handle multiple beams, leading to significant reduction in hardware counts. A 5.8-GHz eight-element adaptive beamforming array successfully demonstrates two-beam simultaneous beamforming with less than three degrees of peak and steering errors and more than 20-dB interference suppression. The test-bed exhibits successful two-channel data recovery at 25-Mb/s data throughput in each channel with binary phase-shift keying modulation, for simultaneous dual-beam reception. The bit-error-rate measurement validates the robustness of the communication quality under strong interferences.     

基站智能天线多波束合成技术

采用数字波束形成的技术，给出了基站智能天线多波束合成的有效算法。对圆环阵分布的基站天线多波束方向图进行了综合，得到了空间隔离度很好的多个波束，并将副瓣控制在30dB以下，结果令人满意。该方法可用于任意单元构成的不均匀阵列天线，还可用于波束展宽及扇形波束的合成。     

一种面向短时突发信号的高精度同步方案设计

针对短时突发通信存在捕获时间长、算法复杂度高、资源开销大等问题,文中设计了一种高精度同步方案。该方案自定义收发双方帧结构,采用独特码差分匹配算法实现信号检测和帧同步,并采用基于导频累积量的前向估计算法实现频偏估计和校正。为兼顾频偏估计精度和算法复杂度,对独特码采用滑动相关算法实现初始相位捕获,使系统结构紧凑,更加适合FPGA硬件实现。理论分析和软件仿真表明,该方案在低信噪比和高动态范围条件下具有较好的接收性能,频率估计精度能够达到符号速率的万分之一。文中同时进行了硬件协同仿真与验证,并给出了相应的仿真波形。     

声矢量阵宽带恒定束宽波束形成技术研究

基于声矢量阵提出了一种宽带恒定束宽波束形成方法,该方法将宽带方位估计中的空间重采样思想应用到恒定束宽波束形成器设计之中,并通过计算机仿真实现了宽频范围内-3 dB主瓣宽度的恒定,这对于进一步研究声矢量阵宽带波束域高分辨方位估计技术是十分重要的。     

宽带光控阵多波束超分辨测向算法

为了解决多信号并存时多波束系统的测向问题,针对宽带光控阵幅度加权和时延控制的多波束形成方式,提出了一种宽带波束域超分辨测向算法。建立了宽带光控阵多波束数据模型,首先将接收数据变换到频域,进行频谱分析,然后选择较大信号频率分量分别进行超分辨谱估计,最后将各频点估计结果融合得到最终的估计值。分析了波束参数的选取,包括波束数目、波束间隔以及幅度加权方式对算法性能的影响。算法能够分辨同时达到多波束系统的多个信号,仿真实验验证了算法的有效性和正确性。      

基于FFT和多重信号分类算法的高精度相干光相移键控信号频率偏移估计算法研究

针对相移键控(MPSK)相干光通信系统中的频率偏移,最常用的两种算法是基于差分相位或者FFT最大值的算法,但是当数据长度较短时,两种算法均很难实现MHz的估计误差,这将使得后续载波相位恢复估计很难恢复原始数据。为满足MPSK系统中频率偏移估计算法高精度和实时性的要求,首次将多重信号分类算法引入该问题,提出一种基于快速傅里叶变换和多重信号分类的频率估计算法,该算法在数据较短时精度很高。利用基本原理和流程图对算法加以说明,并进行了20-GBaud/sQPSK相干光系统仿真实验验证算法切实可行。     

基于子阵近场零陷权的联合波达方向估计方法

针对海底长线阵在近场辐射声干扰及空间水平非均匀噪声下的远距离估计目标波达方向 (DoA)问题,该文提出一种基于长线阵分子阵近场零陷权的联合目标方位估计方法。该方法将长线阵分解为多个高重叠子阵,对各个子阵利用零陷抑制技术去除近场强干扰对目标探测的影响,再利用各子阵对远距离目标方位估计结果差异性小、非目标所在频率即噪声对应空间谱最大值随机的特点,空间频率方差加权综合各子阵的目标方位估计结果,从而抑制空间非均匀噪声,实现对远距离目标的探测。仿真结果表明,与长线阵常规波束形成、长线阵近场零陷常规波束形成、长线阵近场零陷传统多重信号分类方法相比,该文方法能够有效降低空间谱背景级60 dB以上,输出信噪比提高15 dB以上,具有较强的提高信噪比能力及较高的空间分辨力,因此具有较好的工程应用价值。