陣列雷達(dá)自適應(yīng)主瓣干擾抑制算法研究

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1、陣列雷達(dá)自適應(yīng)主瓣干擾抑制算法研究第1章緒論1.1研究背景及意義隨著數(shù)字技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，雷達(dá)體制也發(fā)生了重大的變化，同時(shí)日益復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的功能提出了更高的要求，雷達(dá)需要跟蹤的目標(biāo)越來(lái)越多，作用距離越來(lái)越遠(yuǎn)，掃描和跟蹤數(shù)據(jù)率越來(lái)越大，對(duì)信號(hào)的處理速度越來(lái)越快等[1]。面對(duì)日益增長(zhǎng)的功能需求以及性能要求，擁有波束形狀可控及波束捷變功能的相控陣?yán)走_(dá)[2]得到了迅速的發(fā)展，并能夠滿足上述對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的各種要求。值得一提的是，相控陣?yán)走_(dá)可以利用自適應(yīng)數(shù)字波束形成（ADBF）技術(shù)[3]

2、[4]自適應(yīng)的對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行有效抑制，而不需要任何有關(guān)干擾信號(hào)的先驗(yàn)信息，同時(shí)能夠?qū)τ杏眯盘?hào)進(jìn)行有效地接收。在相控陣?yán)走_(dá)中，陣列天線起到至關(guān)重要的作用，相控陣?yán)走_(dá)是陣列天線的典型應(yīng)用。多個(gè)傳感器在空間根據(jù)一定的準(zhǔn)則進(jìn)行布置，構(gòu)成了陣列天線。在相控陣?yán)走_(dá)中，需要對(duì)陣列天線接收的信號(hào)進(jìn)行處理，稱之為陣列信號(hào)處理。陣列信號(hào)處理[5]作為信號(hào)處理的一個(gè)重要分支，除了應(yīng)用到雷達(dá)系統(tǒng)外，也廣泛應(yīng)用于通信、聲吶、地震勘探和醫(yī)學(xué)圖像等領(lǐng)域[6]。由于陣列天線具有單個(gè)天線所不具有的諸多優(yōu)勢(shì)和優(yōu)點(diǎn)，比如波束捷變、自適

3、應(yīng)抑制干擾以及高分辨率等，陣列信號(hào)處理技術(shù)得到了迅速的發(fā)展[1]。陣列信號(hào)處理主要包含兩方面的內(nèi)容，分別為自適應(yīng)數(shù)字波束形成（ADBF）技術(shù)以及空間譜估計(jì)技術(shù)。自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)是在數(shù)字域?qū)﹃嚵薪邮招盘?hào)進(jìn)行處理，利用自適應(yīng)波束形成算法計(jì)算自適應(yīng)權(quán)矢量，并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)，從而使得波束具有特定的形狀和期望的零陷。由于自適應(yīng)權(quán)矢量的求解是在數(shù)字域進(jìn)行的，所以其處理過(guò)程具有高度的靈活性，可以方便的進(jìn)行波束控制、波束捷變以及波束賦形等。由于自適應(yīng)數(shù)字波束形成具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，成為雷達(dá)、聲納、通信等領(lǐng)

4、域的強(qiáng)有力的技術(shù)。.1.2研究歷史和現(xiàn)狀自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)是陣列信號(hào)處理的核心技術(shù)之一，其利用陣列接收的信號(hào)，采用自適應(yīng)波束形成算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，求得需要的自適應(yīng)權(quán)矢量，然后對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求和，得到輸出信號(hào)。其基本思想是通過(guò)對(duì)陣列接收數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)處理來(lái)控制陣列天線方向圖的形狀，使得陣列方向圖在干擾方向自適應(yīng)的形成零陷，在期望信號(hào)方向形成高增益的窄波束，以保證在有效接收有用信號(hào)的同時(shí)自適應(yīng)地對(duì)干擾進(jìn)行有效的抑制。而且自適應(yīng)波束形成算法可以根據(jù)外部環(huán)境的變化自適應(yīng)地調(diào)整加權(quán)系數(shù)，達(dá)到抑

5、制干擾信號(hào)的目的。自適應(yīng)波束形成的關(guān)鍵步驟是求取最優(yōu)的自適應(yīng)權(quán)矢量，在計(jì)算自適應(yīng)權(quán)矢量時(shí)常用的準(zhǔn)則有：最大信干噪比（MSINR）準(zhǔn)則、最小均方誤差（MMSE）準(zhǔn)則以及最小均方差（MNV）準(zhǔn)則[3]。已經(jīng)證明，在一定條件下，上述三種準(zhǔn)則是等效的。在這些準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，眾多學(xué)者提出多種自適應(yīng)波束形成算法，其中應(yīng)用較為廣泛的為采樣矩陣求逆（SMI）算法[13][14]，該算法是在保證對(duì)期望信號(hào)有效接收的前提下，使得信號(hào)輸出的功率最小，SMI算法計(jì)算簡(jiǎn)單，但是在低快拍時(shí)存在噪聲擾動(dòng)問(wèn)題，導(dǎo)致旁瓣電平升高。在此

6、基礎(chǔ)上提出了線性約束方法[15][16][17][18]、罰函數(shù)法[19][20][21]、對(duì)角加載矩陣求逆（LSMI）算法[22][23]、基于子空間的波束形成算法[24][25][26]等。線性約束算法會(huì)損失系統(tǒng)自由度；對(duì)角加載算法通過(guò)人工注入噪聲的方法使得算法具有一定的穩(wěn)健性，但是存在對(duì)角加載量的選擇問(wèn)題[27][28]；基于子空間的波束形成算法存在干擾特征矢量的選擇問(wèn)題，雖然可以利用MDL、AIC算法對(duì)干擾個(gè)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，從而確定干擾特征矢量，但是干擾特征矢量估計(jì)的準(zhǔn)確性對(duì)算法影響很大。.第

7、2章自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)基礎(chǔ)2.1引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，由于通過(guò)數(shù)字處理方法可以很方便的對(duì)波束進(jìn)行控制，自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。自適應(yīng)數(shù)字波束形成技術(shù)是在陣列接收數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用自適應(yīng)波束形成算法求取自適應(yīng)權(quán)矢量，然后對(duì)回波數(shù)據(jù)加權(quán)。自適應(yīng)波束形成算法能夠?qū)崿F(xiàn)在對(duì)有用信號(hào)有效接收的同時(shí)對(duì)干擾有效抑制，使得輸出具有較高的信干噪比。本章是全文的理論基礎(chǔ)，首先對(duì)窄帶信號(hào)的定義進(jìn)行介紹，然后對(duì)自適應(yīng)波束形成算法的陣列模型進(jìn)行建立，重點(diǎn)介紹自適應(yīng)波束形成的基本原理

8、、準(zhǔn)則，將自適應(yīng)波束形成算法推廣到子陣級(jí)，并提出一種基于罰函數(shù)和特征空間的子陣級(jí)自適應(yīng)波束形成算法，利用MATLAB對(duì)算法進(jìn)行了仿真分析。2.2窄帶信號(hào)定義對(duì)于窄帶信號(hào)尚未有一個(gè)的統(tǒng)一的定義標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)普遍認(rèn)可的定義是當(dāng)信號(hào)的相對(duì)帶寬（信號(hào)帶寬與中心頻率的比值）小于1%時(shí)稱為窄帶信號(hào)。但是也有一些觀點(diǎn)認(rèn)為相對(duì)帶寬小于10%就可以認(rèn)為是窄帶信號(hào)[53]。對(duì)于窄帶信號(hào)，還有另外一種定義方法，這種方法是從陣列角度對(duì)窄帶信號(hào)進(jìn)行定義的：當(dāng)孔徑渡越時(shí)間小于信號(hào)帶寬的倒數(shù)時(shí)，稱信號(hào)為窄帶信號(hào)。在