宽带数字波束形成技术的工程应用

摘要

阵列信号处理技术已经在多个领域得到广泛的应用，随着大规模集成电路的应用数字波束形成技术以其配置灵活、设备量小、一致性好的特点，越来越受到人们的重视，通过数字波束形成技术的应用可以实现空域滤波的目的，即增强指定方向信号的信噪比，抑制其他方向的干扰信号。随着通信技术的不断发展，窄带波束形成技术已经不能满足大部分条件下的通信需求，而宽带信号相对窄带信号具有诸多方面的优势，比如由于宽带信号具有携带的目标信息量大、混响背景相关性弱等特点，但是宽带波束形成技术的通道校准和宽带波束形成均是工程实现中的重点和难点。 本文对宽带多通道校准技术和宽带波束合成技术进行了深入的研究和分析，取得的研究成果如下：⑴对基于自适应均衡的宽带多通道校准技术的研究，利用自适应滤波原理设计出一个数字滤波器，利用FPGA实现可加载FIR滤波器，对各信道的幅度和相位进行精确的通道均衡补偿，该方法解决了宽带多通道接收机不同信道之间的校准问题。其中给出了仿真结果，验证了算法的有效性，并且验证了利用FPGA实现宽带多信道的校准在工程上实现的正确性。⑵在大多情况下，要求接收机通过宽带波束形成技术实现的波束图指向应具有与频率无关的特性，即在整个通带内，各个频点的波束指向均一致，不应出现随着频率变化的现象。为此深入研究自适应滤波器设计方法，实现特定响应的FIR滤波器应用于宽带数字波束形成技术，给出了仿真结果，并在基于阵列处理的频谱监视平台上验证了方法的正确性。⑶研究了基于阵列处理的频谱监视平台的设计，阐述了其工作流程和工作原理，对平台的重要部件进行了介绍，介绍了主要功能的实现和达到的技术指标，通过工程实现的技术指标与matlab仿真结果的比较，验证了方法的正确性和工程实现的可靠性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作内容

第二章 波束形成的算法研究

2．1 窄带波束形成原理

2．1．1 直接加权波束形成算法

2．1．2 旁瓣抑制波束形成算法

2．1．3 自适应旁瓣控制波束形成算法

2．2 宽带波束形成原理

2．2．1 频域宽带波束形成

2．2．2 时域宽带波束形成

2．3 宽带波束形成滤波器的设计

2．3．1．1 设计步骤

2．3．1．2 维纳滤波器的求解过程

2．3．1．3 仿真结果

第三章 宽带多通道校准技术

3．1 通道不一致性的因素分析

3．2 自适应校准系统设计

3．3 自校准算法

3．4 算法流程及运算量

3．5 算法仿真及校准性能分析

第四章 宽带阵列处理平台设计

4．1 宽带阵列处理平台组成

4．2 宽带阵列处理平台功能

4．3 宽带阵列处理平台工作原理

4．4 主要部件设计

4．4．1 采样预处理单元

4．4．2 信号处理单元

4．4．3 超短波信道单元

4．4．4 校准源

4．4．5 母板

第五章 主要功能模块的设计与实现

5．1 宽带多通道校准模块设计

5．1．1 主要完成功能

5．1．2 工作流程

5．1．3 实测结果与分析

5．2 宽带波束形成模块设计

5．2．1 主要功能

5．2．2 工作流程

5．2．3 实测结果与分析

5．3 数字波束形成的多信号分离和提取

5．4 高灵敏度模拟接收

5．5 瞬时动态

第六章 结束语

6．1 全文总结

6．2 后续工作与展望

致谢

参考文献