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【6h】

单脉冲测角和差波束形成算法研究与实现

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摘要

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.2.1单脉冲测角

1.2.2自适应和差比较单脉冲测角

1.3本文的主要内容与安排

2和差比较单脉冲测角原理

2.1单脉冲测角

2.2和差比较单脉冲测角

2.2.1均匀线阵模型

2.2.2平面阵模型

3空域抗干扰快速和差波束形成

3.1引言

3.2基于FFT的快速DOA估计

3.2.1空间傅立叶变换

3.2.2二维FFT空域谱估计

3.2.3仿真和分析

3.3空域抗干扰快速和差波束形成算法

3.3.1三角栅格阵列二维FFT

3.3.2干扰子空间正交投影

3.3.3仿真和分析

3.4本章小结

4联合优化自适应和差波束形成

4.1引言

4.2线性约束白适应和差波束形成算法

4.2.1问题描述与求解

4.2.2对角加载

4.2.3仿真和分析

4.3联合线性约束自适应和差波束形成算法

4.3.1问题描述与求解

4.3.2仿真和分析

4.4联合优化自适应和差波束形成算法

4.4.1优化模型

4.4.2问题求解

4.4.3仿真和分析

4.5本章小结

5宽带频域聚焦波束形成

5.1引言

5.2宽带数字波束形成

5.2.1阵列信号模型

5.2.2频域聚焦算法

5.3迭代优化聚焦变换算法

5.3.1问题描述与求解

5.3.2仿真和分析

5.4本章小结

6快速和差波束形成算法软件实现与调试

6.1二维FFT的FPGA实现

6.1.1二维FFT算法原理

6.1.2 FPGA实现二维FFT

6.2快速波束形成算法的DSP实现

6.2.1算法软件流程

6.2.2程序优化思路与方法

6.2.3 DSP多核处理

6.3测试结果

6.3.1测试平台构建

6.3.2 DBF处理器上位机软件介绍

6.3.3测试过程与结果分析

6.4本章小结

7总结与展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

和差比较单脉冲测角方法由于具有同时多波束、自适应干扰抑制并且快速测量目标角度位置等优点,被广泛应用于目标角度跟踪中。本文针对实际工程应用,研究适用于不同系统要求的和差比较单脉冲测角方法,提出了基于干扰子空间正交投影的空域抗干扰快速和差波束单脉冲测角算法,联合优化自适应和差波束单脉冲测角算法;并提出宽带波束形成干扰抑制聚焦算法。本文的主要研究工作如下: 1、针对大型数字阵列雷达,从减少计算量的角度出发提出了基于干扰子空间正交投影的快速和差波束形成算法。在该方法中,为实现实时计算和差波束权重,首先用二维FFT进行干扰角度估计,并构造干扰子空间;然后将静态和差权重投影到干扰子空间的正交空间上,实现干扰抑制。仿真结果表明此种方法能得到较深较宽的干扰零陷以及较低的旁瓣电平,并且算法计算量小,实时性较高,有利于工程实现。 2、针对小型数字阵列雷达,常规的线性约束和差波束形成算法由于多点约束造成优化性能下降的问题,由此提出了联合优化自适应和差波束形成算法。在该方法中,联合优化和差波束的自适应权重以松弛优化系统,通过最小化和差波束的总输出功率,施加指向增益约束以及单脉冲比约束等措施,实现在自适应抑制干扰的同时避免单脉冲曲线失真。仿真结果验证了在小规模阵列多干扰情况下联合优化自适应和差波束方法具有更好的干扰抑制效果与更稳健的测角性能。 3、针对宽带雷达系统,研究了宽带波束形成频域处理方法,提出了干扰抑制聚焦算法,在最小化聚焦误差的同时结合子空间投影方法进行干扰抑制。仿真结果表明此算法具有良好的波束形成效果,对先验干扰角度估计误差不敏感,并且具有很好的干扰抑制性能。 4、在DBF处理器平台上,完成基于干扰子空间正交投影的快速和差波束形成算法的移植与验证工作,其工作流程是首先由FPGA进行二维FFT空域谱估计;然后将FFT运算结果经由接口传送给DSP进行快速和差波束权重计算。该算法在169阵元情况下系统运行时间仅0.5ms,实时性较高。

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