基于方向性天线的超短波宽带测向技术研究及实现

摘要

现阶段超短波信号测向领域广泛采用的测向体制是基于均匀圆阵的相关干涉仪测向体制。它的主要优点是算法简单、360°全方位捕获、测向精度和灵敏度的综合效益高。近年来，随着超短波通信技术的发展，扩频信号、跳频信号等宽带信号在超短波通信系统中的应用越来越广泛，因此，对突发、短时信号的高灵敏的测向要求越来越迫切。目前，基于均匀圆阵的相关干涉仪测向体制有以下两个不足：对短时信号的高灵敏度测向能力不足，基于均匀圆阵的测向采用全向天线，全向天线增益不高，而通过提高测向处理频率分辨率的方式来提高整个系统的测向灵敏度与测向的时间分辨率矛盾，从而无法适应短时突发信号测向要求；宽带海量数据处理能力不足，宽带测向处理数据量较大，利用传统的采集卡配合计算机处理无法完成对宽带测向实时处理。
　　本论文针对上述问题，以方向性天线在超短波宽带测向系统的应用为主要研究对象，在深入分析现有相关干涉仪测向理论和技术原理基础上，对利用方向性天线实现超短波频段干涉仪测向进行了详尽的讨论和研究。主要内容为：
　　1．研究基于全向天线均匀圆阵的干涉仪测向技术。对相关干涉仪测向的基本工作原理进行分析，对基于圆阵的相关干涉仪测向系统的单元天线，布阵设计，曲线拟合等关键技术进行了说明，对现有圆阵的测向系统的准确度，灵敏度和测向时间等指标进行了说明。
　　2．研究方向性天线基本工作原理。对方向性单元天线进行了设计，在雷达信号宽带测向布阵的基础上，针对超短波频段的方向性单元天线进行了设计，提出了一种非均匀的布阵方式，并对各频段应用的布阵进行了测向性能的仿真设计。
　　3．在理论研究的基础上，针对部分频段完成了样机的研制。对模拟接收部分和信号处理部分的工作原理进行了描述。详细描述了利用 FPGA技术实现宽带测向数字信号预处理的工作原理、流程和方法。并对硬件系统中包括宽带模拟接收技术、电源种类影响等几个工程化技术进行了相关说明。对 FPGA实现宽带信号处理的时效性进行了分析，结果表明：利用 FPGA技术实现宽带测向数字信号处理，测向处理的实效性优于传统干涉仪测向系统。
　　4．基于标准测试场地，对基于方向性测向的样机进行了实际测试，测试结果表明：测向准确度和灵敏度优于传统干涉仪测向系统。

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第一章 绪论

1.1 超短波简介及发展趋势

1.2 无线电测向机的发展动态及体制分类

1.3研究背景及意义

1.4 国内外研究动态

1.5 本文主要工作与结构安排

第二章干涉仪测向的工作原理及分析

2.1电波传输理论

2.2测向系统性能评估指标

2.3干涉仪测向的基本工作原理

2.4相关干涉仪测向的工作原理

2.5基于圆阵相关干涉仪超短波测向系统设计

2.6基于圆阵测向系统性能分析

2.7本章小结

第三章方向性天线干涉仪测向的工作原理及分析

3.1基本设计思路与原理

3.2 方向性高增益天线

3.2 方向性天线布阵算法研究

3.3 基于线阵布阵方式的测向性能仿真

3.4 本章小结

第四章超短波宽带测向设计与实现

4.1概述

4.2超短波宽带测向技术

4.3 超短波宽带测向系统原理

4.4硬件系统设计中几个关键技术点的实现

4.5本章小结

第五章 测向试验验证

5.1试验验证概述

5.2试验验证部署

5.3 试验验证内容及数据分析

第六章结论

6.1本文的主要贡献

6.2下一步工作的展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的科研成果