基于零陷展宽和恒定束宽技术的稳健自适应宽带波束形成研究开题报告
【摘要】波束形成作为阵列信号处理里的基本方法，在雷达、声纳、通信等诸多领域得到了广泛应用。在雷达领域，宽带阵列信号自适应波束形成技术在实际雷达工程应用中的优势而备受青睐，针对空时抗干扰的算法研究始终是热点。在干扰或阵列平台快速移动场景中，传统宽带算法由于只能在干扰方向形成窄零陷而无法对抗此场景下的干扰，导致输出信干噪比严重恶化。本文拟从提高雷达系统的抗干扰能力为出发点，进行研究。
【关键词】宽带波束形成 恒定束宽 零陷展宽 稳健性
Abstract: As a basic method of array signal processing, beamforming has been widely used in radar, sonar, communication and other fields. In the field of radar, wideband array signal adaptive beamforming technology is popular because of its advantages in practical radar engineering applications. In the fast moving scene of jamming or array platform, the traditional broadband algorithm can only form a narrow zero notch in the jamming direction, but cannot resist the jamming in this scene, which results in the serious deterioration of output SNR. This paper aims at improving the anti-jamming capability of radar system.
Key words Broadband beamforming，Constant beam width，Zero-notch expansion，Robustness
1 研究背景
阵列信号处理经过飞速发展已经成为雷达、无线通信、声纳、GPS导航、射电天文学、地质勘探和医学图像等众多军事抑或国民经济领域中不可或缺的核心技术[1]。其中，宽带阵列信号处理由于可获得更高的分辨率在相控阵雷达领域中凸显优势。
作为阵列信号处理的一个重要分支,波束形成技术近年来逐步成为信号处理领域研究的热点问题[2]。相比于传统的单天线系统，阵列信号处理技术具有抗干扰能力强、空间分辨力强、波束控制更为灵活的特点。阵列天线结构可以根据每个天线接收到的数据，按照一定的算法，计算出加权矢量，对数据加权计算得到符合预期的波束响应。在干扰信号方向构成自适应零陷，主瓣指向自适应调整以对准期望信号方向。因此利用波束形成技术能够达到增强期望信号、抑制干扰信号的目的，以此来增加阵列输出的信干噪比[3]。从本质上讲，波束形成器就是一个空域滤波器，通过一定的算法设计合理的权值，达到预设的空域滤波的目的。
在自适应波束形成技术的发展过程中，宽带波束形成技术凭借其信息量丰富的优点得到了越来越多的关注。由香农公式可知，当信噪比一定、信号带宽增加时，信息量将会成比例的增加，因此宽带信号比窄带信号具有更丰富的信息量。在宽带自适应波束形成中，波束图主瓣频率不变性(恒定束宽)是衡量系统性能的重要指标。如果直接采用传统的波束形成算法，将会导致波束形成方向图产生严重的频率畸变，即随着信号频率的增加，波束主瓣会逐渐变窄。当进一步存在目标信号波达方向（Direction of Arrival, DOA）估计失配时，相当于系统对宽带信号进行了低通滤波，目标信号实际上已经发生畸变。解决这个问题的基本途径是设计宽带恒定束宽波束形成器，使得对于带宽范围内任意频率的信号在主瓣内均具有近似相同的空间响应。目前，宽带恒定束宽波束形成算法的研究已经成为了阵列信号处理领域的研究热点。
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