基于DBF的雷达有源相控阵天线
摘要
DBF在雷达系统中得到了越来越多的应用。本文提出了采用分布式有源平面相控阵与DBF相接合的途径解决多种雷达对抗试验综合需求的雷达天线方案，分析了有源相控阵雷达天线的组成及各部分工程实现可行性方案。论证了不同工作模式下通过幅度和相位加权控制天线收发副瓣电平，以及采用旁瓣对消和匿影对抗副瓣干扰的方法。接收DBF可适应两坐标、三坐标不同工作模式下多种接收波束的要求，接合自适应干扰抑制可实现波束置零以对抗有源干扰。文章最后提出了采用FPGA快速高效实现并行多通道波束形成的工程实施方案，并对天线收发方向图及DBF进行了仿真。
本文设计了用可实现模拟多种不同工作体制、具有灵活可变的收发波束和较好抗干扰能力的雷达天线平台，为工程实现提供了理论支持。
DBF has been increasingly used in the device of radar systerms. This thesis presents a combination of distributed active planar array and DBF to meet the various requirements of radar counter measure tests. It analyses the composition and engineering realization methods of the radar array antenna. By way of amplitude and phase tapering across the array elements, The array can achieve a low emissive and receiving sidelobes. The array also makes use of sidelobe cancel and sidelobe blanking to countermine the jammings come from sidelobes. DBF can be used to realize multiple various beams flexibly. Adaptive DBF algorithms ensure radar the ability of jamming cancellation and pattern null-steering. The engineering realization circuit of DBF which is based on FPGA can perform parallel multi-channel digital beamforming with a high speed. Finally, This paper also gives the simulation results of antenna pattern and DBF.
This thesis devised a radar array antenna platform which adapt to different working mode. It can perform a flexible emissive and receiving antenna beam and have a good anti-jamming ability. This thesis is a previous research before engineering fulfillment.
本文设计了用可实现模拟多种不同工作体制、具有灵活可变的收发波束和较好抗干扰能力的雷达天线平台，为工程实现提供了理论支持。
DBF has been increasingly used in the device of radar systerms. This thesis presents a combination of distributed active planar array and DBF to meet the various requirements of radar counter measure tests. It analyses the composition and engineering realization methods of the radar array antenna. By way of amplitude and phase tapering across the array elements, The array can achieve a low emissive and receiving sidelobes. The array also makes use of sidelobe cancel and sidelobe blanking to countermine the jammings come from sidelobes. DBF can be used to realize multiple various beams flexibly. Adaptive DBF algorithms ensure radar the ability of jamming cancellation and pattern null-steering. The engineering realization circuit of DBF which is based on FPGA can perform parallel multi-channel digital beamforming with a high speed. Finally, This paper also gives the simulation results of antenna pattern and DBF.
This thesis devised a radar array antenna platform which adapt to different working mode. It can perform a flexible emissive and receiving antenna beam and have a good anti-jamming ability. This thesis is a previous research before engineering fulfillment.
引文
1 张光义．相控阵雷达系统．北京：国防工业出版社，1994
2 桑怀胜，李峥嵘．智能天线的原理．自适应波束形成算法的研究进展与应用．国防科技大学学报．2001年第6期：83-89
3 Henrik Ohlsson, Lars Wanhammar. Implementation of a Digital Beamformer in an FPGA Using Distributed Arithmetic
4 ALTERA: Stratix Device Handbook. http://www.altera.com
5 Karlsson M, Vesterbacka M, Wanhammar L. Design and Implementation of a Complex Multiplier Using Distributed Arithmetic. in IEEE Proc. of Workshop on Signal Processing Systems SIPS'97. UK. Nov. 1997:222-231
6 Minseok Kim. A Study of Implementation of Digital Signal Processing for Adaptive Array Antenna. Master thesis of the Yokohama National University. Japan. 2002
7 Taco Kluer. Development of a Test-bed for Smart Antennas Using Digital Beamforming. Master thesis of science of the University of Twente Faculty of Electrical Engineering. Report NO: S&&-015.01
8 邱永红，甘仲民．基于自适应数字波束形成的跳频干扰抑制研究．通信学报．2000年21卷07期：39—44
9 丁鹭飞．雷达原理．西安：西北电讯工程学院出版社，1984
10 叶中付，叶凤芹．基于约束最小冗余线阵的自适应数字波束形成理论分析．电讯技术．1999年06期：59—61
11 石镇．自适应天线原理．北京：国防工业出版社，1991
12 姜维，孙长瑜，李启虎．基于ADSP—21060芯片的多波束形成方法—时域实现与频域模拟．应用声学．1999年18卷06期：06—09
13 安毅，吕昕，高本庆．RLS波束形成算法在相干干扰环境中的应用．系统工程与电子技术．2001年23卷08期：33—35
14 赵永波，张守宏．存在相干信号时的最优波束形成．通信学报．2002年23卷02期：113—121
15 Alfonso Farina. Antenna-Based Signal Processing Techniques for Radar Systems. London: Artech House Boston, 1992
16 Xilinx: Preliminary Product Specification - Virtex 2.5 V Field Programmable Gate Arrays. http://www.xilinx.com/products 9/5-00
17 Lal C. Godara. Application of Antenna Arrays to Mobile Communications. Part Ⅱ:Beam-Forming and Direction-of-Arrival Considerations. Proceeedings of IEEE. Vol. 85,NO. 8, August, 1997
18 Wanhammar L. DSP Intergrated Circuits. Acdamic Press, 1999
19 孙连波，陈建春，耿富录，张虹．基于TMS320C31的数字式旁瓣相消原理及实现．火控雷达技术．2002年3月：1-6
20 胡明春，李建新．阵列部分加权置零综合．电波科学学报．1997年6月：216-219
21 吴曼青，王炎．基于DDS的收发全DBF相控阵技术．高技术通信．2000年08期：42—44
22 J.H. Lee, J.F. Wu. Adaptive beamforming without signal cancellation in the presence of coherent jammers. IEE Radar and signal processing. Aug 1989. Vol 136. Num 4: 169-173
23 Monzingo.R.A, Miller. T.W. Introduction to adaptive arrays. NewYork: Wiley, 1980
24 Peter Asbeck, Ian Galton, Keh-chung Wang. Digital signal processing up to Microwave Frequencies. IEEE Transactions on microwave theroy and techniques. March. 2002. Vol 50.No3:900-909
25 James B.Y Tsui, James P Stephens. Digital microwave receiver technology. March 2002. Vol 5. No 3:699-705
26 J.F.Cardoso, A.Souloumiac. Blind beamforming for non-Gaussian sigals. Dec 1993.Vol 140. Num 6:362-370
27 D.D.Farrier. High-performance signal subspace beamformer. IEE Radar and signal processing. Nov 1989. Vol 36. Num 6:283-288
28 K.B.Yu. Adaptive beamforming for satellitecommunication with selective earth coverage and jammer nulling capability. IEEE Trans. Sigal processing. Dec.1996. Vol 44, num 12:3162-3166
29 J.J.Lee. Sidelobes control of solide-state array antennas. IEEE Trans.AP. 1993. Vol 41. Num 6:824-831
30 吴曼青，王炎．收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究．系统工程与电子技术．2001年04期23卷：45-60
31 吕晓德，高本庆．低副瓣智能天线阵型研究．微波学报．2000年12月第5期：593-598
32 易润堂．TDRSS相控阵地面多波束形成自适应处理研究．电讯技术．1998年08期：1-8
33 束咸荣，郭燕昌．阵列天线赋形波瓣仅相位加权实现自适应零控．现代雷达．1998年04期：43-46
34 宋强，王华力，甘仲民．卫星多波束天线自适应调零算法比较．微波与卫星通信1999年02期：20-24
35 王华力，陈长征．应用于卫星多波束天线的自适应波束形成算法研究．电子学报．2001年03期：358-360
36 董涛，徐晓文．约束优化实现超低副辦相控阵的多阶振幅量化．电波科学学报．2001年09期：358-362
37 李杰，张坚武．智能天线的波束形成及自适应算法研究．杭州电子工业学院学报．2001年12期：1-6
38 李宁，郭燕．智能天线中的波束形成算法研究．解放军理工大学学报．2002年02期：36-39
39 王文杰，金良．实数域多用户数字波束形成方法的分析与仿真．西安交通大学学报．1998年07期：6-10
40 尹以新，何明浩．数字波束形成技术在旁瓣对消中的应用．空军雷达学院学报．1999年01期53-56
41 范奈青，马军．智能天线波束赋形技术．通信技术．2001年09期：45-46
42 朱恒，江一心．超低副瓣相控阵天线的综合优化技术．北京理工大学学报．1999年12期：734-738
43 奚玮．相控阵雷达自适应旁瓣相消效果分析．现代电子技术．2002年05期：3-6
44 扬莘元，程万翔．自适应零点形成技术抑制雷达相干干扰．哈尔滨工程大学学报．1999年08期：69-73
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