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1、-范文最新推荐- 自适应单脉冲天线角度估计算法研究 摘要随着导弹、火箭、人造卫星和宇航技术的发展，对跟踪雷达的跟踪速度、跟踪精度、跟踪距离和抗干扰能力都提出了越来越高的要求。雷达对无源干扰和有源干扰的抗干扰性能成为衡量现代雷达性能的重要指标。采用阵列天线技术是提高雷达抗干扰性能和生存性能的重要手段。单脉冲跟踪采用同时比较波瓣法，获取误差信号迅速，跟踪速度快、精度高，抗干扰能力强。本文的工作是围绕自适应单脉冲技术展开的。7499首先，本论文引入阵列天线的基本概念、基本原理及数学模型。接着对自适应波束形成,单脉冲技术以及传统单脉冲测角的原理和常用方法作了介绍。之后推导了单脉冲角度估计的通用公式并引
2、出了自适应单脉冲角度估计算法，并对单脉冲角度估计通用公式做了推广。利用Matlab对三角格点下的满阵与其随机抽取阵，具有39个阵元的稀疏随机圆阵及矩形平面阵进行了仿真，通过仿真得到了本算法的性能评估及其改进的想法。最后简单地介绍了BWDSP100的硬件及软件平台，给出了后续算法移植和实时性测试工作的流程图。关键词自适应 ；自适应波束形成 ；单脉冲 ； 角度估计 ；BWDSP100 ;AbstractTitleStudy of angle estimation algorithm for adaptive monopulse antennaWith the development of miss
3、ile, statellite and aerospace, the more excellent performance is demanded on speed, accuracy and range of tracking radar. The ability of countering passive jamming and active jamming is emphasized in modern radar. It is an effective way to enhance this counter-jamming ability using array antenna. Th
4、e monopulse technique uses simultaneously lobing, which have the performance of fast acquiring error signals and tracking speed, high accuracy and robust anti-jamming ability. This paper is organized around the adaptive monopulse technique to expand. 2.1.3线性约束最小方差准则（LCMV）- 7 -2.2自适应波束形成技术- 7 -2.3单脉冲
5、基础- 8 -2.4传统单脉冲角度估计- 12 -2.5本章小结- 13 -第3章自适应单脉冲角度估计算法研究- 14 -3.1自适应单脉冲角度估计算法- 14 -3.1.1单脉冲角度估计的通用公式- 15 -3.1.2单脉冲角度估计通用公式的推广- 16 -3.1.3单脉冲角度估计通用公式的应用- 17 -3.1.4算法的性能评估- 29 -3.2算法改进的想法- 30 -3.3本章小结- 30 -第4章BWDSP100简介及算法移植- 31 -4.1BWDSP100简介- 31 -4.1.1BWDSP100硬件平台简介- 31 -4.1.2BWDSP100软件平台简介- 33 -4.2算法
6、移植- 34 -第5章全文总结- 35 -致 谢- 36 -参 考 文 献- 37 -第1章绪论1.1论文研究的背景与意义1.1.1研究背景随着导弹、火箭、人造卫星和宇航技术的发展，对跟踪雷达的跟踪速度、跟踪精度、跟踪距离和抗干扰能力都提出了越来越高的要求1 。近几十年以来，精密跟踪雷达的技术不断发展进步。连续波雷达的跟踪方法大致有以下几种：波束转换、圆锥扫描和单脉冲技术。采用顺序比较波瓣法的圆锥扫描天线体制已经不能满足跟踪高速飞行器的要求，这是由于这种体制必须在馈源绕天线轴旋转一周后才能判明目标的方向，这就限制了跟踪速度；在波束扫描过程中，目标运动状态的变化引起回波信号幅度的起伏，给误差信号
7、附加上一个调幅干扰，降低了角度跟踪精度；另外，由于目标的闪烁、大气层的不稳定和极化的偏转等因素所引起回波信号的变化，都会造成严重的跟踪误差。 1.2国内外研究动态和发展趋势1.3本文的主要工作和内容安排1.3.1毕业设计的主要工作本次毕业设计的主要工作是以自适应单脉冲角度估计算法为中心，对自适应波束形成技术，单脉冲基础，传统单脉冲天线角度估计算法等进行了学习。在掌握单脉冲跟踪技术基本原理后，利用Matlab软件完成了自适应单脉冲角度估计算法在某些特殊圆阵（如三角格点下的圆阵，具有39个阵元随机分布的稀疏圆阵6 及矩形平面阵）下的仿真与验证。其次，对DSP硬件平台BWDSP100要有初步的认识，
8、并了解在BWDSP100硬件平台上算法移植的具体流程。1.3.2本文的内容安排第1章：绪论。给出了本课题的研究背景。介绍了国内外在相关领域的发展过程及现状，阐述了本课题的研究意义和本文的主要工作。第2章：自适应波束形成与单脉冲技术简介。在介绍阵列天线的基本概念及其数学模型后，引出了自适应波束形成的概念，之后又介绍了本文算法中用到的最基本的波束形成准则和算法：线性约束最小方差准则(LCMV)，最小均方误差（LMS）算法。最后，对传统单脉冲角度估计的基本原理及常用方法做了简略的说明。第3章：自适应单脉冲角度估计算法研究。主要介绍了利用Nickel6 的单脉冲角度估计通用公式得到的自适应单脉冲角度估
9、计算法，以及该算法在一些平面阵列下的仿真结果。最后对此算法做了性能评估并提出了改进的想法。第4章：BWDSP100软件平台简介。简单地介绍了BWDSP100硬件及软件平台，并给出了后续算法移植和实时性测试工作的流程图。第5章：全文总结。对全文的工作进行总结，指出论文存在的不足及今后需要继续进行的研究工作。 1959年，Widrow和Hoff15 提出了最小均方（LMS）算法，对自适应技术的发展起了极大的作用。由于LMS算法简单和易于实现，它已被广泛应用。许多专家和学者对LMS算法的性能和改进算法已做了相当多的研究，并且至今仍然是一个重要的研究课题。LMS算法属于随机梯度算法。属于这一类算法的还
10、有梯度格形和其他一些梯度算法。但LMS算法是目前最重要和应用最广泛的算法。LMS算法是线性自适应滤波算法。一般来说包括两个基本过程：a)滤波过程，包括计算线性滤波器的输出对输入信号的响应和通过比较输出结果与期望响应产生估计误差；b)自适应过程，根据估计误差自动调整滤波参数。假设参考信号为 ，数字波束形成的权向量为 ，则系统输出的信号为:根据MMSE准则，求最小均方差，则：(式2.4)为有用信号和参考信号的互相关，为有用信号的自相关矩阵。将上式对 求梯度且令其为零可得：当已知参考波形信号d (n)时，可获得最佳权值，实现方法如下：其中 为常数，它决定了步速度。其稳定条件为 .为了减小系统的复杂度
11、及计算量，将 近似为瞬时期望值，即：(式2.10)则权值迭代式为：(式2.11)此式为求 的方法，也即LMS算法。LMS算法结构简单，硬件实现成本低，当干扰信号数目少于阵元数时，能够较好地抵抗多径干扰，己广泛用于自适应天线系统。在LMS算法中，提出了 的假设条件，这种提法本度慢，对非平稳信号适应性差，当干扰信号源数多于阵元数时，此算法可能失效。2.1.3线性约束最小方差准则（LCMV）在已知期待信号的来波方向和参考信号的条件下，最小方差准则是通过最小化阵列输出的噪声方差，来取得对信号s的较好的增益。我们知道，波束形成器的输出为： 2.3单脉冲基础单脉冲是通过比较在两个或更多天线波束内同时接收到
12、的信号17 ，来获得目标角度位置信息的一项雷达技术。它的优点是具有更高的测量效率，更高的数据率，基本上无目标闪烁效应并减小了易干扰性。它利用几个独立接收支路来同时接收目标的回波信号，然后再将这些信号的参数加以比较（比幅或比相），从中获取角误差信息。如果连续发送信号的目标回波保持恒定，通过比较在小偏移下回波信号的大小可以得到精确的角测量结果。然而在实际应用中，在不同的脉冲之间的回波起伏是非常大的，因此回波信号恒定的假设是不现实的。单脉冲技术的基本思想是比较回波信号在两个独立波束投影的大小 ，回波信号的投影取决与波达角。因此，取决于波达角的 的幅度和相位是不同的。但是，由于雷达本身因素引起的幅度和
13、相位在 上大致是一样的，这些因素包括目标距离，RCS，媒介损耗。如果以比例形式表示，两电压中相同的部分互相抵消，而与角度相关部分保留，表示为：下面主要对和差波束的单脉冲比特性进行研究。图 2 2具有和差波束的单脉冲天线假定两个波束的方向性函数完全相同，设为 ，两波束接收到的信号电压振幅为 、 ，并且到达和差比较器∑端时保持不变，两波束相对天线轴线的偏角为 ，则对于 方向的目标，和信号的振幅为：(式2.16)式中， 为接收和波束方向性函数，与发射和波束的方向性函数完全相同， 为比例系数，它与雷达参数、目标距离、目标特性等因素有关。在和差比较器的 (差)端，两信号反相相加，输出差信号，设为
14、 。若到达 端的两信号用 、 表示，它们的振幅仍为 、 ，但相位相反，因此差信号的振幅为： 图 2 6 相位单脉冲：和差波束线及其单脉冲比（已修正斜率）在振幅测角法单脉冲雷达中，为了确定一个平面内的角坐标，就需要形成两个互相迭交的天线方向图，并且它们的中心线对等强信号的偏离角度分别为 。它表示的是俯仰平面内的两个方向图。当目标对等强信号的偏离角为 时，由下面的方向图收到的信号将大于由上面的方向图收到的信号。两个信号的振幅差即表示目标对等强信号方向的偏移量，而振幅差值的符号则表示等强信号方向相对于目标的偏移方向。当等强信号方向与目标重合时，由上、下方向图收到的回波信号的振幅相等，其差值就等于零。同样，目标的方位坐标也可以利用接收机的方位支路和方位平面内的第二对方向图来测定。 自适应单脉冲天线角度估计算法研究(6): 13 / 13
