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1、 学校代码：分类号：10289 密 级：TN971 秘密5 年 学 号：研 究 生 姓 名072030022 江苏科技大学江苏科技大学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 阵列波束综合技术研究 导 师 姓 名 邓 益 群 申请学位类别张张 友友 益益 学位授予单位 工 学 学 科 专 业江江 苏苏 科科 技技 大大 学学 论文提交日期 信号与信息处理 研 究 方 向20 20 年年 月月 日日 论文答辩日期 数字信号处理数字信号处理 答辩委员会主席 20 20 年年 月月 日日 评 阅 人 20 年 月 日阵列波束综合技术研究 邓益群 江苏科技大学 2 分类号： TN971 密 级： 秘密5
2、年 学 号：学生姓名 072030022 工学 硕士学位论文 阵列波束综合技术研究研究 邓益群 指导教师 张友益 研究员 江苏科技大学 二 OO 九年十二月 A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research Of Array Pateern Synthesis Technoledgy Submitted by Deng Yi Qun Supervised by Zhang You Yi Jiangsu University of Scien
3、ce and Technology December, 2009江苏科技大学工学硕士学位论文 I 分类号： TN972 密级： 秘密5 年 编 号： 江苏科技大学江苏科技大学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论论 文文 题题 目目 阵列波束综合技术研究阵列波束综合技术研究 学学 科科 专专 业业 信号与信息处理信号与信息处理 研研 究究 方方 向向 数字信号处理数字信号处理 论文提交日期论文提交日期 二 OO 九 年 十二 月 江苏科技大学工学硕士学位论文 II 摘 要 阵列天线综合技术是现代军事和通信领域的研究热点。本文基于 XXX 系统项目，进行了阵列天线综合算法研究，并在硬件系统上完
4、成了阵列天线子系统中数字下变频（DDC）和数字波束形成（DBF）的设计及其基于 FPGA 的软件编程，实现了系统的高速、实时、同时到达多信号处理能力。本文主要开展了以下几方面的工作： 1波束综合算法研究。以均匀线阵和矩形栅格平面阵为主要研究对象，在忽略阵元间互耦性的条件下， 分别对低副瓣综合算法和赋形波束综合算法进行了详尽的研究，并给出了仿真结果及部分相关参数。本文首先对低副瓣综合算法进行了分析，各算法运算量小，在数字波束系统中均能很好的满足各种低副瓣需求。基于工程需求，重点对唯相位（Phase-Only）综合法进行了探讨，在给出了扰动法基础上，根据数字移相器的相位量化特性和遗传算法的非线性求
5、解的优越性，给出了一种改进的相位量化唯相位遗传算法，并给出了仿真结果及性能分析，实验结果证明了该方法的有效性；接着本文对赋形综合算法进行了研究，在对经典赋形算法分析基础上，给出了一种改进的多目标遗传算法，采用一种简化的目标函数，通过动态调整目标权重，可以对任何形状实现赋形。实验证明该算法不仅可以对主波束实现很好的逼近，而且副瓣也可以得到很好的控制，有效的实现了多目标的整体性优化。 2阵列天线子系统设计实现。基于 XXX 系统需求，在通用硬件平台上完成了基于软件无线电的阵列天线系统中数字部分的设计及其在 FPGA 上的编程实现，主要包括 DDC 和 DBF 两部分，实现静态波束综合。DDC 模块
6、采用一种高效高速实时信道化多相滤波结构，该结构降低了数据率，满足系统高速、实时、同时到达的多信号处理能力和高截获率要求，同时大大减少了运算量，节省了硬件资源。多 DBF 模块采用调整速度快的开环结构，分两步分别实现测向和静态多波束综合，最终实现对同时到达的不同频率和不同方向的多信号处理；应用波束综合权值，实现降副瓣、波束赋形等功能，大大提高了系统抗干扰能力。整个设计采用模块化设计，便于系统升级和功能扩展，测试结果表明系统的可行性。 关键词 波束综合；DBF；软件无线电；FPGA 江苏科技大学工学硕士学位论文 III Abstrct III Abstract Array antenna synt
7、hesis technology is a research hot in the field of modern military and communications. In this paper, we complete array antenna synthesis algorithms research and digital down converter (DDC) and digital beamforming (DBF) design of array antenna subsystem and theirs FPGA programming realization. This
8、 subsystem achieves the systems high-speed, real-time and multi-signal processing capabilities simultaneously arrives. In this paper, we carry out in the following aspects: 1. Pattern synthesis algorithms research. Under the condition of taking the uniform linear array and rectangular grid planar ar
9、ray as the main study objects and ignore the mutual coupling between array elements, we done a more detailed study on the two aspects of low sidelobes pattern synthesis algorithms and shaped pattern synthesis algorithms, respectively. At the same time, give out the simulation results and parts of re
10、levant parameters. Firstly, we analyze low sidelobes pattern synthesis algorithms, every algorithm with a small amount of arithmetic operations, and can well meet a variety of low sidelobes requirements in the digital beamforming system. Based on the project demand, we do comprehensive discussion on
11、 Phase-Only synthesis algorithms. First of all give the perturbation method, then based the phase quantization characteristics of digital phase shifter and the superiority for solving the non-linear problem of genetic algorithms, give an improved phase quantization Phase-Only genetic algorithm, and
12、give out the simulation results and the performance analysis. The experimental result had proven the validity of this method; Secondly, we study shaped pattern synthesis algorithm, based on the analysis of classic shaped algorithm, give an improved multi-objective genetic algorithm, it using a simpl
13、ified objective function and by the target weight dynamical adjustment, can achieve any shape. Experiments show that the algorithm can not only right for the main beam to achieve a good approximation, but also can be a very good side lobe control, effectively implement the integrity optimization of
14、the multi-objective. 2. Design and realization of array antenna subsystem. Based on XXX system requirements, accomplish the numerical parts design and its FPGA programming realization of array antenna system based on software defined radio on the general hardware platform, mainly including digital down conversion (DDC) and digital beam forming (DBF) two parts, realize the static pattern synthesis. The DDC module uses a kind of high-efficient, high-speed and real-time channelizing polyphase filter structure, which greatly reduces the data rate to meet the system high-speed, rea
