数字天线阵列及其校正

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1、中国科学技术大学博士学位论文数字天线阵列及其校正姓名：王炎申请学位级别：博士专业：电磁场与微波技术指导教师：徐善驾20031101摘要数字天线阵列系统是天线技术和数字信号处理技术结合的产物，数字天线阵列以其灵活的工作方式、卓越的抗干扰和超角分辨性能，吸引了许多优秀的工程技术人员和科学家投入相关的理论和工程应用研究。经过近三十年的发展，数字天线阵列的应用从当初的军事领域拓展到了民用领域，尤其是近年来蓬勃发展的个人通信领域。本文致力于雷达、通信中的数字天线阵列的系统设计和阵列校正研究。部分研究成果已经在收发全数字波束形成(DBF)新型相控阵雷达、基于外辐射源阵列雷达和某双基地雷达产品中得到应用

2、。本文首先介绍数字天线阵列的一些基本概念，然后以一部实用的收发全DBF新型相控阵雷达为例，详细地描述了数字天线阵列的系统组成及工作原理，并给出了各分系统的一些关键测试数据。论文还简要地讨论了阵列误差对阵列性能的影响。论文随后紧紧抓住数字天线阵列的核心问题——砗列天线误差校正展开讨论，分析了阵列天线的误差来源和产生机理，给出了几种用来消除阵列天线的主要误差即互耦误差的阵列互耦校正方法。在此基础上，进一步讨论了更精确的阵列天线校正方法。首次提出了空间均衡概念和相应的校正算法、超角分辨算法、自适应零点形成算法，并用试验数据证明了空间均衡方法具有运算量小、误差校正完全等优点。论文还涉及了有虚单元时

3、阵列互耦校正问题，试验数据验证了本文方法的良好误差校正性能。接着，论文探讨了发射多通道误差校正和发射阵列互耦校正方法，解释了发射阵列的误差模型，推导了两种发射阵列互耦校正方法，仿真结果验证了这两种方法的有效性。针对数字天线阵列往往工作在恶劣的干扰条件下的特点，文章提出了几种阵列校正算法。当存在单干扰源时，我们利用它完成阵列通道幅相校正和通道均衡，从基于外辐射源阵列雷达上采集的数据证明了这种方法的赵好校正性能。当存在多干扰源时，我们给出了最大似然阵列校正方法和一种改进误差模型的阵列自校正方法。当正在进行内部校正的阵列受到外部干扰时，我们首次提出了一种混合阵列校正方法，该方法的性能优于有干扰时

4、的单纯内部校正方法和自校正方法。最后论文介绍了数字天线阵列在雷达和通信领域的应用。在雷达领域，第一个应用实例是一部收发全DBF新型相控阵雷达，我们给出了它的各种发射自适应零点形成方向图测试结果和目标探测结果，推导了发射零点形成算法。第二个实例是基于外辐射源阵列雷达，我们提出了一套适合该雷达的信号处理算法，试验数据处理结果验证了该方法的良好性能。我们还推导了合作式双基地雷达的天线方向图损失计算公式，得出了一些定量的结论，这些结论指导了某双基地雷达产品的系统设计。在通信领域，我们简要地讨论了数字天线阵列对信噪比和误码率的改善。AbstractThedigitalarltennaarray(DA

5、A)istheproductofamarriagebetweenantennaanddigitalsignalprocessing．Itattractslotsofexcellentengineersandscientiststodoresearchontheoryandengineeringbecauseofitssmartoperationmode,goodanti-jammingandsuperresolutiondirectionfindingperformances．Afterthedevelopmentinlastthirtyyears，itsapplicationsexpan

6、dfromformermilitaryfieldstocivilianones，especiallyintheprosperouspersonalcommunicationsfieldinrecentyears．ThisdissertationfocusesonthestudyofthesystemdesignandthearraycalibrationoftheDAAinradarandcommunicationsandpartsoftheresearchfruitshavebeenappliedinadigitalbeamforming(DBF)phasedarrayradar,apa

7、ssiveDBFarrayradarandonebistaticradarproductSomebasicconceptsaboutDAAarefirstlyintroducedinthedissertation．AsanexampleofaDBFphasedarrayradar,theDAAsystemanditsoperationprinciplearedescribedindetailsandsomekeytest