(完整版)圆环阵列天线的自适应抗干扰技术
自适应波束形成技术简介
自适应波束形成技术简介(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--自适应波束形成技术简介摘要:介绍了自适应波束抗干扰技术的发展历程,以及各种自适应波束形成算法的原理和特点,讨论了自适应波束抗干扰技术的应用情况,探讨了该技术在工程应用上面临的主要问题以及解决途径和方法。
1 引言随着电子干扰理论与技术的迅速发展,电子干扰对雷达构成了严重的威胁。
天线相当于空间滤波器,是雷达抗干扰的第一道防线,天线抗干扰技术主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。
传统的雷达天线具有固定的波束方向,不能在抵消干扰的同时自动跟踪期望信号的来向,无法适应未来复杂电磁环境下工作的需要。
自适应阵列天线技术作为一个新的理念,是利用算法对天线的波束实现自适应的控制。
自适应阵列天线抗干扰就是在保证期望信号大增益接收的前提下,自适应地使天线的方向图零陷对准干扰的方向,从而抑制掉干扰或者降低干扰信号的强度。
最初,自适应阵列天线技术主要用于雷达、声纳、军事抗干扰通信等领域,完成空间滤波和定位等。
近年来,随着移动通信及现代数字信号处理技术的迅速发展,利用数字技术在基带形成天线波束成为可能。
天线系统的可靠性与灵活程度得到了大大的提高。
自适应阵列天线技术在雷达中有以下的应用潜力:(1)抗衰落,减少多径效应电波在传播过程中经过反射、折射及散射等多种途径到达接收端。
随着目标移动及环境变化,信号瞬时值及延迟失真变化非常迅速且不规则,造成信号多径衰落。
采用自适应阵列天线控制接收方向,天线自适应地在目标方向形成主波束,并对接收到的信号进行自适应加权处理,使有用接收信号的增益最大,其它方向的增益最小,从而减少信号衰落的影响。
(2)抗干扰能力强利用自适应阵列天线,借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异,选择恰当的合并权值,形成正确的天线接收模式,即:将主瓣对准有用信号,零陷和低增益副瓣对准主要的干扰信号,从而可更有效地抑制干扰。
阵列天线PPT课件
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N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列 • 多尔夫-切比雪夫多项式阵列 • 泰勒分布阵列
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N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列 • 多尔夫-切比雪夫多项式阵列 • 泰勒分布阵列
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阵因子
• 均匀幅值阵列具有最小的半功率波束宽度 • 二项式分布幅值阵列能够实现最小的副瓣电平 • 二项式分布幅值阵列单元间距小于半波长时，副瓣
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N元等幅均匀线阵
求解最大值点：
阵列存在唯一的一个最大值点，即m=0 求解阵因子的3dB波束点：
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线阵实例 1: 侧射阵
• 波束最大指向θ0=90°（线阵沿Z轴），当单元 的波束最大指向和阵因子的最大波束指向均指向 θ0=90°时，便可达到最佳的侧射阵。 • 对于单元天线的波束指向要求，可以通过选择 合适的辐射单元来满足要求 • 对于阵因子的波束指向要求，可以通过合理的 调整阵列单元间的间距、每个单元的相位激励实 现。
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N元非等幅均匀阵列
• 阵因子比较 • 二项式分布阵列 • 多尔夫-切比雪夫多项式泰勒线阵—线源激励计算
线源激励幅度的分布为
i1
Ii (p)12 Sn(m)com s()p m1
1
m0
Sn(m)＝(i1[m (i )1!(i)!]21m)!ii1112A2m (2i12)2 0mi
➢在每个天线单元的馈端 以及电缆的公共馈端处各 接入一个开关 ➢控制联动开关可使波束 从边射移到45°方向
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相控阵
➢ 每个阵列单元都有移相器和衰减器，所有馈电 电缆都布置成等长度的组合结构
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相控阵
➢端馈相控阵也需要逐个单元配有移相器和衰减 器，由于在单元之间引入了递进的相位移，随着 频率的变化，在额定的相位移之外，还需要附加 相反的相位变化作为补偿
自适应调零天线
自适应调零天线自适应调零天线抗干扰原理是在干扰方向上产生波束零陷，而其它方向上基本为全向半球覆盖，其实质是利用信号与干扰方向角的不同而实现的空域滤波。
卫星导航接收机采用自适应调零天线后，仍要求其波束方向图基本为全向半球覆盖，并在空间存在干扰时，自动在干扰源方向产生波束零陷，有效抗压制式干扰，其在抗干扰的同时，对卫星信号的接收影响不大，从而大幅度提高卫星导航接收机的信干比。
实际仿真效果见0、2。
图 1自适应调零天线3D抗干扰效果图（a）四阵元抗单干扰2D方向图 （b）四阵元抗双干扰2D方向图 图2 自适应调零天线3D抗干扰效果图¾自适应调零天线主要技术指标9频率：GPS卫星导航信号频率L1；9天线形式： 4元阵列天线；9干扰形式：窄带、宽带调频连续波；9抗干扰能力：信干比改善度≥35dB（可见表1）；9同时抗3个干扰（理论值，实际上少于2为佳）；9实时干扰抑制：≤100u s；9质量、体积：满足弹载安装要求。
表1卫星定位组件原理样机抗单干扰测试结果干扰样式 四单元自适应调零天线抗干扰容限（dB）接收机抗干扰容限（dB）总抗干扰容限（dB）三角波扫频500k >34dB ******正弦波扫频500k >32dB ******噪声扫频500k >40dB ****** BPSK CA码 >37dB ******¾调零天线组成框图从阵列天线接收到的卫星信号和干扰信号，经过射频通道的滤波、混频、放大处理后，采用高速A/D转换器进行数字采样，通过数字信号处理模块实现功率反演算法，完成对方向图的控制，加权调整后的和信号通过D/A转换，进入卫星信号恢复模块。
图3 调零天线组成框图注：外型结构及技术指标可根据用户需要定制产生。
上海锐超电子有限公司2008-7-31。
一种新型抗干扰天线阵元以及阵列
技术研究1 引言全球卫星导航系统在人们的日常生活、信息传递、航海航空和交通运输方面起着至关重要的作用。
但是导航卫星距离地球有数万千米远，导航接收设备接收信号强度非常微弱，例如与北斗类似的GPS 系统，其L2波段信号传输到地面后最小信号仅为-166d BW 。
随着北斗系统的应用领域越来越广泛，电磁环境也变得越来越复杂，提高北斗系统的抗干扰能力变得越来越重要。
空域滤波技术又称为自适应天线阵列技术。
自适应天线阵列技术的实质是多个阵元组成天线阵，处理器可以控制与其相连的微波网络，而微波网络与天线单元相连。
在需要进行抗干扰时，处理器接收来自于微波网络的信号后再反馈调节微波网络，控制微波网络调节各天线单元的幅度和相位，从而达到控制波束方向，产生方向图零点对准干扰方向的效果。
一般来讲，产生的零陷数目最多为M-1，M 为阵元数目。
理论上，自适应天线阵列技术能够使得美国的GPS 接收机干扰抑制能力达到40~50dB 。
本文提及的抗干扰天线阵列是由七个天线阵元构成，天线阵元分布在正六边形的六个角以及中心上，这种布局能够使每一个相邻的阵元间距保持一致，有利于自适应零陷算法对阵列方向图赋形。
其自适应天线阵原理是：对于一个天线系统来说，各种各样的干扰可能从主瓣进入，也可能从旁瓣进入，天线设计的首要问题就是考虑是从旁瓣进入的干扰影响最小。
若干扰来袭固定方向，则可以通过设计天线波束图，使其在干扰方向有很深的零点，但是通常干扰方向是变化的，我们就希望这些零点方向能够随干扰方向而变化，采用自适应技术就可以实现这个目的。
抗干扰天线阵列的基本要求：在限定的尺寸条件下选择适当的天线形式与单元数量减少单元间耦合，使个单元的接收幅度和相位差异较小，并且保证较高的低仰角增益。
一种新型抗干扰天线阵元以及阵列王冠君，刘 欢，陈伟东（上海海积信息科技股份有限公司，上海 201700）摘要：地下综合管廊在建成后，受地质形变、环境变化等的影响，可能引发老化、结构损伤、位移变形沉降等问题，这成为双鱼岛地下管线以及双鱼岛地面的安全隐患。
圆形阵列天线在雷达中的设计及应用
（ Ｔｈ ｅ ７ ２ ３ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ ＣＳ Ｉ Ｃ， Ｙａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ２ ５ ０ ０ １ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏｆ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｌ ａ ｒ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎａ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐａ ｐ ｅ ｒ ｐｒ ｏ ｐ ｏｓ ｅ ｓ ａ ｋｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｍｕｌ ｔ ｉ —
０ 引 言
在 雷达 及 其它 系统 的许 多 应用 中 ， 需 阵列 天 线
具备 在方 位 面 进 行 ３ ６ ０ 。 扫 描 的能 力 。 目前 雷 达 系
的理 论 研 究『 １ ］ ， 使 圆 形 阵得 到 日益 广 泛 的 应 用 。 针对 实 际雷达 系统 ， 如 何 最 大化 发 挥 圆 阵优 势 并 克 服其 副瓣 相对 电平高 的缺 点［ ３ 是值得 探讨 的 问题 。
关 键词 ： 雷达 ； 圆形阵列 ； 多波束 ； 扫描方 式 ； 副瓣电平
中图分 类号 ： Ｔ Ｎ ８ ２ １ ； Ｔ Ｎ ９ ５ ７ ． ２
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ： Ｃ Ｎ ３ ２ — １ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ４ ４ — ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ａｒ ｒ ａ ｙ Ａｎ ｔ ｅ ｎ ｎａ ｉ ｎ Ｒａ ｄ ａ ｒ
定性 下 降的 问题 ， 这 些 限制 了它 们 的实 际 应 用 。与
北斗四阵元天线自适应抗干扰技术研究
·3·NO.18 2018( Cumulativety NO.30 )中国高新科技China High-tech 2018年第18期（总第30期）自适应抗干扰技术作为卫星导航定位系统可靠运行的关键，在近年来的发展中取得了大量突破性成就，如在多模抗干扰技术、多域多级联抗干扰等的运用下，在抗干扰方面发挥了关键作用。
但需注意的是，目前应用抗干扰技术仍面临如何在干扰抑制中发挥自适应天线阵列技术优势的问题。
因此，本文对自适应抗干扰技术应用于北斗四阵元天线中的研究具有重要意义。
1 北斗导航系统基本介绍1.1 北斗导航系统相关概述在最初的发展阶段中，北斗导航系统主要选择两颗地球同步静止卫星模型、数字高程技术实现双星定位导航系统的构建。
在导航卫星建设过程中，经过长期的原理论证、演示验证等，直至21世纪初才进行北斗导航定位试验系统的建设，初次运行时间为2003年12月。
相关研究统计显示，截至2016年，太空预定轨道中已被送入23颗北斗卫星。
官方数据资料显示，预计到2020年，将完成所有卫星布星过程。
北斗导航系统包括地面段、用户段与空间段。
在布星上，计划地球轨道卫星27颗、静止轨道卫星5颗、倾斜同步轨道卫星3颗。
对于系统中的地面段部分，有时间同步基站、监测基站与主监控站等，且用于数据信息互通，能够完成数据信息的收集，在此基础上分析卫星运行状态，调整相关参数。
由于信号传输是从空间段发送至用户段，因此这一过程被干扰的可能性极高，如恶意干扰、噪声干扰等，所以需强化干扰抑制能力。
1.2 北斗导航系统干扰问题分析干扰问题是北斗导航系统运行中亟待解决的问题。
具体剖析其中的干扰类型，以相干干扰、非相干干扰两种为主。
在相干干扰方面，又细化为欺骗性、转发式与多径干扰，如虚假GPS信号、无题反射信号等；在非相干干扰方面也有多种类别，如宽带-脉冲、宽带-扩频、窄带-连续波与窄带-扫频等，包括电台或干扰机谐波、扩频干扰机等。
自适应数字波束形成的抗干扰新技术
・天线技术・自适应数字波束形成的抗干扰新技术邱永红 甘仲民 摘要 介绍自适应天线系统的基本概念,重点讨论自适应数字波束形成技术,提出了自适应数字波束形成与扩频技术相结合的抗干扰新技术。
关键词 自适应天线 数字波束形成 抗干扰技术Abstract The basic concept of adaptive array system is introduced with the focus on the adaptive digital beanforming(DBF)technology.A new anti2jamming technology of combining adaptive DBF with spread spectrum is discussed.K eyw ords adaptive antenna digital beamforming anti2jamming technology 早期的通信天线是用来进行电路能量和自由空间能量的转换,而雷达则进一步利用了天线的测向功能。
在信道中,不可避免地存在着噪声和干扰,它们通过天线方向图的边波束或主波束进入接收系统,从而降低系统的接收信噪比。
随着天线技术的发展,自适应天线应运而生。
自适应天线能自动地对干扰信号作出反应,将天线波束零点对准干扰方向,同时保持信号方向的接收能力。
自适应天线与传统天线的最大区别在于:在给定天线阵列形状和尺寸的情况下,自适应天线采用信号处理技术,以优化的方法来实现自适应干扰功能。
1 自适应天线系统自适应天线系统如图1所示。
其主要组成单元为天线阵、波束形成网络和自适应处理器等。
其中,N为天线阵元数目,x n为来自第n个天线阵元(经过模/数转换)的信号,w3n为复加权系数,θ为期望信号的方位角,d3(t)为参考信号(时间参考信号或波束调向参考信号)。
从图1可以看出,自适应处理器是自适应天线系统的核心,波束形成网络的复加权系数是由自适应处理器进行调整的。
阵列天线抗干扰对RTK的影响研究
在确定整周模糊度后可进一步得到高精度相 对定位（基线）结果。
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现代导航
2021 年
1.2 空频阵列天线抗干扰原理
卫星信号到达地面时只有-130 dBm，极易受到 干扰。在复杂的电磁环境下，卫星导航的脆弱性成 为制约其持续稳定定位的主要因素。卫星导航抗干 扰技术，利用方向图可控天线阵，实时自适应地生 成空域滤波权矢量，并作加权处理，使抗干扰天线 在空间来向未知的干扰方向自适应地形成零陷，或 在卫星信号入射方向形成增益，获得良好的信噪比。 这对于战时复杂电磁环境下惯性/卫星组合导航的 生存能力，有至关重要的意义。因为干扰个数、带 宽和时变性各不同，对抗干扰阵列天线的自由度、 各通道的一致性及抗干扰算法的运算速度都有严 苛要求，因此抗干扰算法及其高效实现成为卫星导 航专业中非常复杂和必要的研究方向。
第3期
魏敬法：阵列天线抗干扰对 RTK 的影响研究
·171·
3 阵列天线抗干扰对 RTK 影响及处理
措施
阵列天线阵通过多个阵元信号的合成实现干 扰抑制。不同阵元间的差异、阵元间的相互影响以 及加权系数的不同，都可能影响卫星信号，导致载 波相位观测质量严重下降，影响 RTK 定位性能[6]。 因此，阵列天线抗干扰应用于高精度卫星导航时， 需要重点分析阵列天线抗干扰对卫星信号相位的 影响。 3.1 天线参数对相位中心性能影响
（2）LCMV 算法 线性限制最小方差滤波器（Linearly Contrained Minimum Variance，LCMV）算法通过对加权矢量 施加线性约束条件，以便有效地控制波束响应，使 得从期望方向来的信号能以特定的增益与相位通 过。同时约束波束指向卫星信号方向，使阵列总加 权输出信号功率最小，最优权用优化问题表示如式 （7）所示：
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摘要
摘要
本文主要介绍了圆环阵列的自适应抗干扰技术，圆环阵列广泛应用于无线电测向、雷达、卫星导航、地下探测以及其他系统中，因为卫星导航系统要求有很强的抗干扰能力，所以当圆环阵列应用于卫星导航系统中时其自适应抗干扰的能力便十分重要。
本文从选题背景和圆环阵列入手，分析了圆环阵的特点，分析了圆环阵列天线所用到的基本理论。
对自适应抗干扰的原理进行了系统的论述，对波达方向（DOA）经典算法（MUSIC算法）进行了研究和论述，全面阐述了各种自适应抗干扰优化的准则，对天线的自适应控制进行说明和阐述，确立了以(线性约束性最小方差)LCMV为准则的天线调零算法，并将这种算法应用于圆环阵列。
最后借助MATLAB软件对LCMV算法和波达方向经典算法（MUSIC算法）进行了仿真，并对圆环阵列进行了优化，验证了算法的有效性。
关键词：圆环阵自适应零点抗干扰波达方向LCMV算法MUSIC算法
ABSTRACT
ABSTRACT
This article mainly introduced the circle array adaptive anti-interference techniques, circle array is widely used in radio ew, radar and satellite navigation, underground detection and other systems, because satellite navigation system requirements have strong anti-interference ability, so when circle array when applied to satellite navigation system of the adaptive anti-interference ability is crucial.
In this paper, the research background and the ring array, analyzes the characteristics of ring array, analysis of ring array antenna used in the basic theory. The principle of adaptive anti-jamming systems were discussed, on the direction of arrival (DOA) classical algorithm (MUSIC algorithm) were studied and discussed, a comprehensive exposition of the various criteria for optimal adaptive immunity, the adaptive antenna Control are explained and elaborated, established the (linearly constrained minimum variance) LCMV zero antenna as the standard algorithm, and this algorithm is applied to ring array. Finally, LCMV algorithm using MATLAB software and classic algorithms of DOA (MUSIC algorithm) were simulated, and the ring array is optimized to verify the validity of the algorithm.
Key words: circular array anti-jamming antenna array direction of arrival (DOA) LCMV algorithm MUSIC algorithm。