宽带阵列接收信号波束形成算法综述
现代电子技术
Modern Electronics Technique
2013年11月1日第36卷第21期
Nov.2013Vol.36No.21
0引言
波束形成技术作为阵列信号处理的重要组成部分，用于控制阵列各阵元形成不同形状的波束。接收信号波束形成是根据干扰与信号的不同来向，对阵列采集到的数据进行线性组合处理，得到一个标量波束输出，使波束对准信号方向，零陷对着干扰方向，有效地增强目标信号，抑制干扰信号。
波束形成技术最早兴起于声学领域，二战时期的声纳是典型应用。随着相控阵、合成孔径等阵列雷达的发展，波束形成技术扩展到雷达和电子侦察领域，但处理声波的延迟叠加方式由于器件采样精度的限制无法适用于更高的雷达信号频段；于是处理阵列接收数据时通过控制各阵元相位偏移[1]，
使合成后的波束集中指向设定方向；针对移相波束形成中波束指向固定，在无先验信号方向信息时无法准确接收信号的问题，通过利用信号自身的统计特性计算控制权值[2?4]，
得到指向信号的波束形成；若信号来波方向不断变化，则需在利用信号统计特性的基础上，根据某种迭代准则[5?7]，自适应的调整波束指向来波方向，即自适应波束形成。后来，为满足目标识别和精确定位的需要，雷达往往采用宽带信号，而由于阵列天线孔径效应[8]的影响，
传统的窄带波束形成技术不再适用于处理宽带信号，于是兴起了宽带波束形成技术的研究：早期的做法是将接收信号通过DFT 变换到频域，划分为若干子带，每个子带满足窄带条件，然后对每个子带采用窄带波束形成得到波束输出[9?20]，这种频率分解方法在明确信号频带的前提下有着好的性能，但是波束主瓣宽度内非主轴指向的信号会有能量损失，且信号带宽越大偏离主轴越远，损失越明显，导致波形失真；为了在整个波束主瓣宽度内能不失真地接收信号，国内外学者研究出了频率不变（在国内也称为恒定束宽）的宽带波束形成技术[21?28]；与此同时，工业水平提高使信号处理机有了更高的采样精度，可在时域上直接对宽带信号进行波束形成[29?32]，与频域方法的分块处理不同，这是一种实时处理方式，精确的时延控制是制约时域方法的瓶颈。
宽带阵列接收信号波束形成算法综述
王梦南1，王
壮1，程
翥2
（1.国防科学技术大学电子科学与工程学院ATR 实验室，湖南长沙410073；2.国防科学技术大学电子科学与工程学院信号处理实验室，湖南长沙
410073）
摘
要：宽带波束形成技术用于处理阵列天线接收到的宽带信号，形成期望波束，增强目标信号，抑制干扰信号。从信
号处理的角度综述了宽带波束形成的几类主要方法，包括时域方法、频率分解方法及频率不变方法等，仿真比较了各类方法中的典型算法，分析得到波束形成系统对不同条件下接收信号阵增益的影响。
关键词：宽带接收信号；阵列信号处理；波束形成；阵增益中图分类号：TN971?34
文献标识码：A
文章编号：1004?373X （2013）21?0056?06
Review for beam ?forming algorithm of broadband signal received by array antenna
WANG Meng?nan 1，WANG Zhuang 1，CHENG Zhu 2
（1.ATR Key Lab ，College of Electronic Science and Engineering ，National University of Defense Technology ，Changsha 410073，China ；2.Signal Processing Lab ，College of Electronic Science and Engineering ，National University of Defense Technology ，Changsha 410073，China ）
Abstract ：Broadband beam?forming technology is adopted to process the broadband signal received by array antenna ，form the desired beam pattern ，enhance the target signal and suppress the interference.Several main methods （including time domain method ，frequency decomposition method and frequency invariant method ）of broadband beam ?forming are reviewed in signal
processing.Some typical algorithms in all the methods are compared with simulation results.The influence of beam?forming methods on the array gain of the signal received under different conditions is analyzed.
Keywords ：broadband received signal ；array signal processing ；beam?forming ；array gain
收稿日期：2013?06?17
基金项目：国家自然科学基金（11173068）资助课题
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