本文關(guān)鍵詞：降維自適應(yīng)陣列天線算法研究與硬件實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：自適應(yīng)陣列天線技術(shù)在軍用、民用通信領(lǐng)域都具有十分廣泛的應(yīng)用潛力。在過(guò)去的50年發(fā)展過(guò)程中,自適應(yīng)陣列天線算法已經(jīng)得到了廣泛的研究以及長(zhǎng)足的發(fā)展。為進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用該技術(shù),主要需要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題:一是陣列天線單元間的互耦、單元的方向性等因素將影響自適應(yīng)陣列的性能,需要結(jié)合陣列天線理論與自適應(yīng)波束形成算法進(jìn)行分析討論;再者就是自適應(yīng)陣列天線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成本較為高昂,算法的實(shí)時(shí)性也無(wú)法保證,特別是高性能的算法以及高復(fù)雜度的算法。這極大地限制了自適應(yīng)陣列天線技術(shù)的應(yīng)用。針對(duì)以上所提出的問(wèn)題,本文首先從基本陣列處理算法出發(fā),結(jié)合陣列天線單元,討論了陣列互耦環(huán)境以及單元的方向性對(duì)于自適應(yīng)陣列信號(hào)處理算法性能的影響,并分析了其產(chǎn)生的原因。在此基礎(chǔ)之上,利用陣列有源單元方向圖的思想,建立了陣列環(huán)境中陣列接收數(shù)據(jù)模型及處理方法,并結(jié)合均勻直線陣列及柱面共形陣列的仿真算例驗(yàn)證了其有效性。降維算法是降低自適應(yīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本與提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的有效方法。本文分析了降維自適應(yīng)波束形成方法的基本原理,得出了降維變換矩陣的一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)之上,提出了基于FIR濾波器設(shè)計(jì)方法的降維自適應(yīng)波束形成方法。通過(guò)仿真算例驗(yàn)證,相比于傳統(tǒng)的采樣矩陣求逆算法(SMI),所提出的算法在快拍數(shù)、克服導(dǎo)向矢量估計(jì)誤差以及掃描性能等方面有了明顯改進(jìn),提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與穩(wěn)健性,同時(shí)也降低了處理維度,降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本。在傳統(tǒng)的基于QR分解的SMI處理方法的基礎(chǔ)上,提出了降維預(yù)處理的FPGA實(shí)現(xiàn)方式,從而快速有效地完成了降維自適應(yīng)波束形成方法在FPGA上的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了片上測(cè)試,其測(cè)試結(jié)果與理論結(jié)果相近。同時(shí),降維算法大幅減少了所使用的LUT單元數(shù),具有更小的硬件開(kāi)銷(xiāo);所需的快拍數(shù)也大幅減少,算法具有更好的實(shí)時(shí)性。最后,本文完成了四通道數(shù)字中頻采樣接收機(jī)的設(shè)計(jì)與測(cè)試,并聯(lián)合基帶處理板卡,進(jìn)行了自適應(yīng)波束形成系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn),其結(jié)果與理論結(jié)果吻合較好。
【關(guān)鍵詞】：自適應(yīng)陣列天線 降維 低成本 穩(wěn)健性 FPGA
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN820
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本文編號(hào)：987289