机载分布式相控阵波束合成方法研究

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1、机载分布式相控阵波束合成方法研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：孙晴指导教师：曾浩教授学位类别：工程硕士（电子与通信工程领域）重庆大学通信工程学院二O一五年五月BeamformingMethodologyofAirborneDistributedPhasedArrayAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMasterofEngineeringBySunQingSupervisedbyProf.ZengHaoSpecialty:ME

2、(ElectronicsandinformationengineeringField）CollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要由于雷达技术、光电技术和数字技术的飞速发展，21世纪机载任务设备的性能将有质的飞跃，例如探测距离大幅度增加、灵敏度更高、分辨率更细、质量更小。在军事方面，航空通信显得尤为重要，在通信天线中，相控阵天线是通常的选择。而分布式相控阵天线，可以巧妙地把大口径相控阵，划分为多个小口径的子相控阵。对于

3、飞机而言，每个子相控阵可以安装在飞机机翼的不同位置，既保证了天线的增益，也不影响飞机的气动力学要求，同时又巧妙地解决了天线在飞机上的安装问题。因此分布式相控阵的研究对于飞机的天线设计有着广阔前景。故本论文就是针对机载的分布式相控阵波束合成的方法进行研究，研究内容主要包括四个部分：①研究了相控阵子阵的设计方法。对相控阵原理进行学习研究，弄清天线的各项基本参数包括方向图、波束范围、定向性、增益等等。对相控阵天线的信号模型进行分析，对其指标进行了解分析，据此设计机载相控阵的均匀平面子阵。②研究了角度校正的方法。由于每个子阵安装在机翼上，机翼的变形使得每个阵面相对于

4、卫星或者地面站的角度是不相同的。需要通过一定的方法，对每个阵面的信号的波达方向（Directionofarrival，DOA）进行计算。于是给出一种坐标变换的方式来校正角度，并且将校正方法进行实验仿真，验证其正确性。③分析了多子阵的信号合成方法。信号合成的目的，就是校正每个子阵输出信号的延时差，使得这些信号可以实现同相叠加，从而进一步提高信号的SNR。采用自适应滤波的方法，通过对信号进行加权求和，完成信号合成。不同的信号采用的合成方式也不同。等输入SNR下的信号合成要分成两类，一类是高SNR下的信号合成，另一种是低SNR下的信号合成。对于较大SNR下的信号，

5、我们可以采用基于功率倒置准则的自适应LMS滤波算法，实现信号合成。对于低SNR下的信号合成，可以借鉴深空通信中的天线组阵方法。因此选择SUMPLE算法。将选择的方式进行实验仿真，验证其可行性。不等输入SNR下的信号合成需要对多路数据进行两次加权后再求和。第一次加权算法同等输入SNR的信号合成算法相同，采用SUMPLE算法求其权矢量，校正每个子阵输出信号的延时差，使得第一次加权输出的各路数据可同相叠加。第二次加权先采用谱估计方法对各路数据进行SNR估计，然后通过最大比合并算法进行加权求和。根据方法进行实验仿真，验证方式的可行性。④系统方案利用研究的信号处理方法

6、进行系统方向图仿真。每个子阵分别通过两种方式进行波束合成，一种是在没有进行角度矫正情况下进行的，另一种是I重庆大学硕士学位论文中文摘要在进行了角度校正的情况下进行的。同样地，信号合并也分两种情况，一种是各子阵输出SNR相等且SNR值比较大，对所有信号采用基于有用信号的PI算法进行信号合并，另一种是各子阵输出SNR不相等时先采用SUMEPLE算法进行延时校正，后通过SNR估计及最大比合并进行信号合并。观察其整体的系统方向图，验证系统的可行性。关键词：波束合成，相控阵，角度校正，信号合成II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWiththerapidde

7、velopmentofradartechnology,photoelectrictechnologyanddigitaltechnology,theperformanceofairborneequipmentshasawonderfuldevelopmentinthe21stcentury.DetectionrangeisimprovedsignificantlyinRadar.Atthesametime,theseequipmentsgainbettersensitivity,higherresolutionratioandlessweight.Espec

8、iallyinmilitaryfield,theai