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自适应数字波束形成天线的单脉冲角度跟踪.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《自适应数字波束形成天线的单脉冲角度跟踪pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含自适应数字波束形成天线的单脉冲角度跟踪陈亮盛卫星马晓峰(南京理工大学南京)摘要:本文通过对和、差波束同时在干扰方向置零完成了在有干扰情况下的单脉冲角符等。

自适应数字波束形成天线的单脉冲角度跟踪陈亮盛卫星马晓峰(南京理工大学南京)摘要:本文通过对和、差波束同时在干扰方向置零完成了在有干扰情况下的单脉冲角度跟踪。首先对单脉冲角度跟踪的原理进行基本的介绍然后介绍了本文中算法引入的原因以及算法的基本原理最后给出计算机仿真的结果。该方法对于实际的单脉冲雷达跟踪系统设计具有一定的指导意义。关键词:DBF和差波束同时置零单脉冲角度跟踪MonopulseangletrackingwithadaptiveDBFantennaarrayChenLiangShengWeixingMaXiaofeng(SchoolofElectronicEngineeringandOptoelectronicTechnique,NanjingUniversityofScienceAndTechnology,Nanjing)Abstract:Inthispaper,monopulseangletrackingiscompletedviasimultaneousinginsunanddifferencepatternswithinterferencesincludedFirstThebasicprincipleofmonopulseangletrackingisintroducedSecondly,thereasonofthealgorithmandtheprincipleofthealgorithmisgivenTheresultofthesimulationoncomputerisgivenatlastTheproposedalgorithmhasagreatbenefittothedesignofthepracticalsystemofmonopulseangletrackingKeywords:DBF,sumanddifferencepatterns,simultaneousing,monopulse,angletracking引言近几十年来精密跟踪雷达技术不断发展然而面对性能日益优良的飞机等目标跟踪雷达又面临着诸多新的挑战需要满足一些新的要求例如具有较高的跟踪精度并且具有良好的抗干扰能力。在日益复杂的电子环境下提高武器的抗干扰能力一直是一个研究的重点。国外发达国家在这方面投入了大量的人力物力并且取得了一定的成果。年KTeitlebaum的文章报道了美国林肯实验RSTDBF系统年Szu等人的文章报道了世纪针对美国海军作战要求的采用数字波束形成技术的数字阵列雷达。传统的单脉冲雷达在进行目标角度跟踪的时候如果目标回波信号被大功率的干扰所污染那么输出SINR会恶化最终导致角度误差电压信号被淹没在一片大功率干扰中无法进行有效的角度跟踪。国内的高校和科研机构也对这方面的开展了一定的研究。赵永波提出了利用单脉冲测量多个目标的方法张江华对影响单脉冲测角的各个因素进行了分析孙富君对单脉冲雷达的各种类型的角度跟踪干扰及其影响进行了研究。研究采用自适应波束形成系统的单脉冲跟踪雷达具有非常重要的理论和实践价值。本文所采用的方法可以在以固定增益接受目标信号回波的前提下有效的抑制干扰信号改善输出SINR,恢复角度误差误差信号完成目标跟踪。比幅度单脉冲角跟踪原理角误差信号。雷达天线在一个角平面内有两个部分重叠的波束,如图所示,振幅和差式单脉冲雷达取得角误差信号的基本方法是将这两个波束同时收到的信号进行和、差处理,分别得到和信号与差信号。其中差信号即为该角平面内的角误差信号。设和信号为E,其振幅为两信号振幅之和,相位与到达和端的两信号相位相同且与目标偏离天线轴线的方向无关。假定两个波束的方向性函数完全相同,设为F(θ),两波束接收到的信号电压振幅为E、E并且到达和差比较器Σ端时保持不变,两波束相对天线轴线的偏角为δ,则对于方向θ的目标和信号的振幅表达式如下:||()()()()()()()()EEEEkFFkFFkFFFkFθθδθδθθδθδθθ=====式中()()()FFFθδθδθ=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。图单脉冲比幅测角原理图在和差比较器的Δ(差)端两信号反相相加,输出差信号,设为EΔ。若到达Δ端的两信号用E、E表示它们的振幅仍为E、E但相位相反,则差信号的振幅为:||||()()()()()EEEEkFFFkFFθδθδθθθΔΔ====V现假定目标的误差角为ε则差信号振幅为'()()EkFFεεΔΔ=。在跟踪状态ε很小将()FεΔ展开成台劳级数并忽略高次项,则:''()()()()()()FEKFFkFFFkFεεεεηεΔΔ==V因ε很小上式中()()FFε='()()FFηΔ=。由上式可知,在一定的误差角范围内差信号的振幅EΔ与误差角ε成正比。EΔ的相位与E、E中的强者相同。例如,若目标偏在波束一侧,则E>E此时EΔ与E同相反之则与E同相。由于在Δ端E、E相位相反故目标偏向不同EΔ的相位差。因此Δ端输出差信号的振幅大小表明了目标误差角ε的大小其相位则表示目标偏离天轴线的方向。同时置零法原理由于实际单脉冲跟踪雷达的工作环境往往存在干扰并且干扰信号的功率会远大于目标回波信号所以必须采取某种办法抑制干扰。线性约束最小方差算法是一种经常使用的DBF算法。该算法在期望信号方向上保持固定常数的增益同时使得波束形成器在输出功率上达到最小从而使得干扰和噪声对于输出的影响最小。部分自由度在期望信号方向上形成波束其余自由度在干扰方向上形成零陷。LCMV算法用公式可以表示为:minHwwRwSubjecttoHCWf=ω是权重系数R是输入信号的协方差矩阵C是约束方向的导向性矢量f是矢量。上式的最优解为()HoptRCCRCfω=LCMV算法的权重系数亦可以通过迭代的方式来求解。设定X(k)是N的数据向量C是N的约束向量W(k)是N自适应权重向量。那么基本的LCMV算法可以如下表示:*()()()()WkPWkXkykFμ=其中()HHPICCCC=,()HFCCCf=f是响应向量。可以利用超分辨DOA算法(如MUSIC算法)预先知道期望信号和干扰信号的方向所以可以假设期望信号的方向和干扰信号的方向是已知的。利用LCMV算法分别形成波束和波束波束和波束分别指向期望信号方向的左侧和右侧某个小角度并且它们关于期望信号方向是对称的。同时LCMV算法对于波束和波束在上干扰方向上同时产生零陷那么由波束、波束的和产生的和波束以及由波束、波束之差产生的差波束都将同时在干扰方向上形成零陷达到抑制干扰的目的。计算机仿真结果本节通过计算机仿真来验证同时置零法的有效性。仿真中采用半波长均匀线阵阵元个数为个。一个期望信号方向是度一个干扰信号角度是度。信噪比SNR=dB干扰噪声比INR=dB。波束和波束的指向分别在度和度的位置上。波束和波束角度天线增益图、波束天线方向图由波束和波束产生的和波束和差波束方向图如图、。和波束天线方向图角度天线增益图和波束天线方向图角度天线增益差波束天线方向图图差波束天线方向图从方向图上可以看出和、差波束同时在干扰方向度的地方产生了一个零陷。角度误差电压随误差角度的变化曲线如图所示。GaindBangle度角度误差电压的幅度angle度相位度以和波束的相位为基准差波束相比于和波束的相位差(或Pi)图测向曲线误差电压信号随着误差角度的增大而增大并且误差角度的正负决定了误差电压相对与和波束电压的相位差是相差度还是度。仿真中采用单载频矩形脉冲信号载波频率为MHz,脉冲宽度为us,脉冲重复周期为ms观察不同误差角度下的回波信号如图所示。x不同目标角度下的角误差电压信号图不同偏角的误差电压信号结论本文介绍了和、差波束同时置零的单脉冲角度跟踪算法利用现有的比较稳健的DBF算法有效的抑制了大功率干扰对角度跟踪带来的误差对于单脉冲测角性能的提高起到了一定的作用。参考文献李朝伟单脉冲雷达主波束内多目标的检测方法电子学报,():TeitlebaumK,AflexibleprocessorforadigitaladaptivearrayradarIEEEtrans,,AES:SzuH,etal,DigitalradarapplicationRecIntradarConfAlexandria,赵永波一种多目标情况下的单脉冲测角方法西安电子科技大学学报,():张江华单脉冲雷达测角特性的分析,火控雷达技术():孙富君单脉冲雷达的角度跟踪干扰研究,现代雷达():丁鹭飞雷达原理(第三版)王玮DBF算法研究及其硬件实现自适应数字波束形成天线的单脉冲角度跟踪作者:陈亮盛卫星马晓峰作者单位:南京理工大学,南京本文链接:http:dgwanfangdatacomcnConferenceaspx授权使用:青岛理工大学(qdlgdx)授权号:beceeccbbbaea下载时间:年月日

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