高动态条件宽带数字波束形成及应用技术研究

In view of the urgent demand of military hardware and technical development, both the beam forming algorithm of wideband signal and key technologies utilized during applications are studied for wideband adaptive antenna array of high dynamic aircrafts. Based on the structural features and functional requirements with application objects, integrated design techniques covering constant beam width and adaptive anti-jamming are proposed and the realization structure of the broadband beam forming is optimized by modifying the broadband beam forming algorithm. For the application of high dynamics, the robustness and real-time ability of broadband beam forming algorithms are studied in order to overcome the pointing error effects brought by high-speed movement. Meanwhile, the real-time performance of proposed algorithms is improved by reducing the sampling data and researching fast algorithm. Aiming at the bottleneck problem of engineering applications, both the error analysis and correction method are studied, where the formation characteristics is considered. The achievements of this project not only play important roles in promoting the engineering application of modern array signal processing technologies upon broadband array systems, but also have strong realistic significance and practical values in accelerating technical development and enhancing military hardware level.

针对武器装备和技术发展需求，以高动态飞行器的宽带自适应阵列天线为对象，研究宽带波束形成算法及应用中的关键技术。立足应用对象的结构特点和功能需求，通过对宽带波束形成算法改进及优化研究，提出恒定束宽和自适应抗干扰的联合设计技术，并优化宽带波束形成的实现结构；针对高动态应用背景，开展宽带波束形成算法稳健性和实时性研究，克服高速运动带来的指向误差影响，通过降低采样数据和研究快速算法，着力提高算法实时性；针对工程应用的瓶颈问题，结合阵型特点开展误差分析及校正方法研究。项目研究成果对于推进现代阵列信号处理技术在宽带阵列系统的工程化应用具有重要作用，对促进科技发展和提升武器装备水平具有很强的现实意义和实用价值。

本课题针对武器装备和技术发展需求，开展了高动态条件宽带数字波束形成及应用研究，研究成果对于推进现代阵列信号处理技术以及数字阵列系统的工程化应用具有重要作用，其中部分研究成果已在国防武器装备研制和应用中得到了应用和检验。主要研究内容和成果如下：.1）在宽带波束形成及优化方法方面，基于空间重采样法和最小方差无失真响应，实现了宽带信号恒定束宽自适应波束形成；针对宽带线性调频信号的宽带波束形成实现结构进行了改进和优化，提出了一种数字去斜稳健宽带波束形成算法，该算法大幅减小了宽带信号的有效带宽，降低了数据量，具算法具有较好的稳健性。.2）针对高动态条件下干扰信号方向失配问题，提出了一种基于协方差矩阵锥化的零陷加宽抗干扰算法；利用空-时-极化域自适应处理技术，针对卫星导航抗干扰问题，提出了一种基于最小方差无失真响应准则的多域波束形成抗干扰算法，比现有算法具有更高的计算效率；针对阵元位置误差、波达方向估计误差问题，提出了一种基于级数展开的干扰加噪声协方差矩阵重构和导向矢量估计的稳健自适应波束形成方法。.3）在工程应用中的阵列误差校正方面，针对均匀八边形阵提出了有效的窄带和宽带阵列互耦误差校正方法，基于FPGA实现了校正FIR滤波器的高效设计；针对一种雷达阵列的结构特点和技术要求，采用依托雷达自身信号源产生测试信号并发送至雷达天线端进行数据采集的自发自收的方式，设计了一套平面近场整机校准系统。.4）开展了数据仿真与实现技术研究，获取了卫星导航接收阵列和阵列雷达的实测数据，为课题研究所需仿真和实测数据获取提供了现实途径。