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自适应波束形成技术简介摘要:简介了自适应波束抗干扰技术发展历程,以及各种自适应波束形成算法原理和特点,讨论了自适应波束抗干扰技术应用状况,探讨了该技术在工程应用上面临重要问题以及解决途径和办法。1引言随着电子干扰理论与技术迅速发展,电子干扰对雷达构成了严重威胁。天线相称于空间滤波器,是雷达抗干扰第一道防线,天线抗干扰技术重要有低副瓣和超低副瓣、副瓣匿影、自适应副瓣对消、自适应阵列系统、波束控制、天线覆盖和扫描控制等。老式雷达天线具备固定波束方向,不能在抵消干扰同步自动跟踪盼望信号来向,无法适应将来复杂电磁环境下工作需要。自适应阵列天线技术作为一种新理念,是运用算法对天线波束实现自适应控制。自适应阵列天线抗干扰就是在保证盼望信号大增益接受前提下,自适应地使天线方向图零陷对准干扰方向,从而抑制掉干扰或者减少干扰信号强度。最初,自适应阵列天线技术重要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信等领域,完毕空间滤波和定位等。近年来,随着移动通信及当代数字信号解决技术迅速发展,运用数字技术在基带形成天线波束成为也许。天线系统可靠性与灵活限度得到了大大提高。自适应阵列天线技术在雷达中有如下应用潜力:(1)抗衰落,减少多径效应电波在传播过程中通过反射、折射及散射等各种途径到达接受端。随着目的移动及环境变化,信号瞬时值及延迟失真变化非常迅速且不规则,导致信号多径衰落。采用自适应阵列天线控制接受方向,天线自适应地在目的方向形成主波束,并对接受到信号进行自适应加权解决,使有用接受信号增益最大,其他方向增益最小,从而减少信号衰落影响。(2)抗干扰能力强运用自适应阵列天线,借助有用信号和干扰信号在入射角度上差别,选取恰当合并权值,形成对的天线接受模式,即:将主瓣对准有用信号,零陷和低增益副瓣对准重要干扰信号,从而可更有效地抑制干扰。其中零陷所带来干扰消除叫做积极抑制,旁瓣对消干扰叫做被动抑制。抗干扰应用实质是空间域滤波。自适应阵列天线波束具备方向性,可区别不同入射角无线电波,可调节控制天线阵单元勉励“权值”,其调节方式与具备时域滤波特性自适应均衡器类似,可以自适应电波传播环境变化,优化天线阵列方向图,将其“零点”自动对准干扰方向,大大提高阵列输出信噪比,提高系统可靠性。(3)增长系统容量自适应阵列天线波束变窄,提高了天线增益及C/I指标,减少了雷达系统同频干扰,减少了频率复用系数,可提高频谱运用效率。采用自适应阵列天线是解决复杂电磁环境、多目的容量难题既经济又高效方案,可在不影响甚至提高接受质量状况下,大幅提高雷达工作容量。采用自适应阵列天线,雷达C/I和SINR指标大大提高,同步对单个或各种目的覆盖定向能力增强,可使雷达探测区域大大增长。2自适应波束形成技术发展自适应阵列天线研究可以追溯到20世纪60年代,其中最具代表性工作涉及Adams提出基于SNR输出自适应解决器以及Widrow提出宽带和窄带自适应阵列构造。近年来,随着研究不断进一步,其基本理论日趋成熟,浮现了大量自适应波束形成算法适应波束形成通过不同准则来拟定自适应权,并运用不同自适应算法来实现。重要准则有:最小均方误差(MSE)准则;最大信噪比(SNR)准则;最大似然比(LH)准则;最小噪声方差(NV)准则等。Monzingo和Miler在她们专著中阐述了抱负状况下这4种准则是等价。不论选取什么样准则,都是要采用一定算法调节阵波束方向图,从而实现自适应控制。法分类有几种,按照算法实现可以分为开环算法和闭环算法。初期重要注重于闭环算法研究,重要闭环算法有最小均方(LMS)算法、差分最陡下降(DSD)算法、加速梯度(AG)算法以及它们变形算法。闭环算法简朴、性能可靠,不需数据存储。但其重要缺陷是收敛于最佳权响应时间取决于数据特性值分布,在某些干扰分布状况下,算法收敛速度较慢,从而大大限制了它应用场合。因而,近来,人们把兴趣更多集中在开环算法研究上。REED等人最早提出了知名开环算法:直接求逆(DMI或SMI)法。DMI法通过直接干扰方差矩阵逆来求解Winner-Hopf方程以获得最优权值,然后作加权相消,它收敛速度和相消性能都比闭环算法好得多。随着数字技术迅速发展,高速度芯片产生为开环算法提供了更好前提条件。为了利于数字实现以及克服DMI办法运算量大、稳健性差等局限性,又提出了某些改进迅速稳健算法。Miller对采样协方差矩阵具有盼望信号时状况进行了研究,并且指出盼望信号存在严重减少了DMI算法输出SINR收敛速度,盼望信号越强,减少越严重。DMI等开环算法运算量大,难以工程实现,因此必要想办法来减少算法运算量。曾经采用重要办法是特性构造法和功率最小化法等。针对阵列元数较多雷达,Hung和Turner提出了一种迅速波束形成算法,即正交化算法(又称Hung-Turner算法)。为了使正交化算法可以有效对消宽带