自适应抗干扰调零天线算法设计

摘要摘要对于自适应抗干扰调零天线系统，射频端的天线单元 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，天线阵布阵形式以及信号处理模块中自适应算法的选择都决定着天线系统抗干扰的性能。近些年来，随着卫星通讯系统的逐步发展以及电子对抗技术的日益进步，自适应抗干扰调零技术在通信领域的应用不断扩大，系统中信号处理模块所采用的自适应算法的研究越来越受关注。本论文主要研究采用功率倒置算法的调零天线阵，功率倒置阵适用于强干扰环境。本文讨论了天线单元设计及布阵形式对于调零效果的影响，涉及的内容包括天线单元的个数，天线单元间的间距，以及天线布阵方式。为保证调零天线阵在未调零状态下可以保持全向的方向图，以便可以全方位接收信号，本论文提出了一种基于最陡下降法的算法来优化天线单元的馈电幅度及相位，以实现天线阵上半球方向保持全向覆盖。这样可以使天线阵在未调零情况下接收到的有用信号与干扰信号之间的功率差与接收到之后的功率差一致，以便有效采用利用功率倒置算法。文章还介绍了一种新的结构，这种结构改进了基于普遍应用于调零系统的功率倒置阵。在强干扰情况下，为了尽可能避免调零天线中出现的增益下降的情况，我们在数字域对实际存在的各阵元接收到的信号进行复用，形成功率倒置阵及原始阵，然后将功率倒置阵及原始阵的输出相乘得到能准确调零并且能基本保持原始阵增益及主瓣形状的辐射方向图。仿真结果与分析相一致，证实了本文提出的方法的有效性。文章还对白适应抗干扰调零天线系统做了简要的介绍和展望。在文章的最后，论文对全文进行总结，并指出今后的研究方向。关键词：自适应抗干扰，最陡下降法，全向，功率倒置阵，乘积阵IIlAbstractAbstractAstotheadaptivenullingantennaarraysystem，thedesignofantennaelement，arrayarrangementandtheadaptivealgorithmusedinsignalprocessingmodulehavegreatinfluenceontheeffectofanti-jaminthereceiver．Withthedevelopmentofsatellitecommunicationtechniqueandelectronicwarfare，theadaptivenullingantennaarraytechniqueiswidelyappliedinthedomainofcommunication．Andresearchersspentlotsoftimeonstudyingmoreeffectiveadaptivealgorithmtoachievegoodnullingperformance．Inthisdissertation,weusepowerinversionarray，whichiswidelyusedinstronginterferenceenvironment．Herewediscusstheinfluenceofthedesignofantennaelementandarrayarrangement，whichincludethenumberofantennaelements，thedistancebetweenadjacentelementandthearraystructure．Inordertogetgoodomni．directionalpatternbeforenulling，theoptimizationforantennaarraywithvariablephasesandconstrainedamplitudeisdiscussedtoachievesuchgoal．Phase—onlybroadeningforpassivearrayisrequired．First，wepresenttheuniformcirculararraywithcellsofrectangledual-pinfedcircularlypolarizedpatchantennasandcalculaterespectivepatternofeachelementinCSTmicrowavestudioincludingmutualcoupling．Then,basedonthesymmetryofphasesoftheantennas，weusetheSteepestDescentMethod(SDM)tooptimizethephasesofantennasinordertoobtainbetterlowelevationperformance．Theoptimizedresultsshowtheavailabilityoftheoptimizationtechniquecomparedtothearrayusingthesamephaseexcitation．Moreover,weproposeabeamformingarchitectureforimprovingthepower-inversionalgorithmthatismostcommonlyusedinnullingantennasystems．Topreventthepossibledegradationoftheoriginalgainofanullingantennainthecircumstancewhenthereexistsstronginterference，wemultiplextheoutputofthephysicalarrayindigitaldomainwithapower-inversionarray(PIA)andaprimitivearray(PA)，andthenformthedesiredradiationpatternbymultiplyingtheoutputsfromPIAandPA，toobtainexpectednarrownullsinthedirectionsoftheinterferenceV浙江大学硕士学位论文andinthemeantimeroughlymaintaintheoriginalgainofthemainlobe．Simulationf|tswellwiththeanalysis．showingtheeffectivenessoftheproposedapproach．Thepotentialapplicationisbrieflyintroducedinthisdissertation,andattheendofthisdissertation，theauthormakestheconclusionandpointsoutthedirectionofthefutureresearchworkonthistopic．Keywords：AdaptiveAnti-jam，SteepestDescentAlgorithm，Omni-direction,PowerInversionArray,MultiplicativeArrayVl目录致谢⋯⋯⋯．摘Abstract．．．⋯⋯目目录⋯．．I．．1IlⅥI第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1研究背景与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．2国内外发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21．3本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的主要研究内容及创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41．4本文组织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5第2章自适应天线系统设计分析⋯⋯72．1智能天线技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．72．1．1智能天线原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．1．2智能天线的接收准则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．2自适应调零天线技术概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．3自适应调零天线系统的组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．112．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13第3章布阵分析153．1天线单元的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153．2天线阵结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163．2．1阵元数量的选择⋯⋯j⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163．2．2布阵形式的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．163．2-3布阵间距的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l73．3全向天线阵的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．3．1最陡下降法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯183．3．2优化结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．203．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24VIl浙江大学硕士学位论文第4章空域抗干扰技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．254．1天线零点产生的幅相控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯254．1．1仿真结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．264．2功率倒置算法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯264．3基于功率倒置算法的不同阵列形式的性能仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯284．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31第5章空时抗干扰技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．335．1空时处理原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯335．1．1空时处理阵列模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．335．1．2算法的性能仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．355．2改进的空时自适应滤波算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯365．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37第6章基于功率倒置算法的调零天线保形 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯396．1调零天线保形方案的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．396．2调零天线保形方案的实现方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯406．31方真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。426．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44第7章结束语⋯⋯⋯⋯⋯参考文献45攻读硕士期间所取得的科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51VIII第1章绪论自适应抗干扰调零天线算法设计1．1研究背景与意义第1章绪论自适应天线出现的原因在于传统天线在形状，尺寸，结构寻优的发展道路上存在阻碍。如一般形状的天线布阵存在数学困难；尺寸形状精度要求高的天线加工困难；易受地形，大气，自然环境，温度，多径效应等的影响；天线的局部损坏将使天线性能退化；传统天线主要研究主波束，但在零向上很少考虑；还未与信息处理、自动控制、计算机技术结合。而自适应天线阵所表现出的优点如能适应地形环境、载体姿态、信号环境、电离层与大气环境、任务要求等因素实时自动的实现权集寻优而广泛为学者研究，为导航接收机抗干扰提供了新技术．卫星导航在各行各业起着不可忽视的作用，通信、军事、交通、广播、娱乐都需要卫星导航提供各种信息。尤其在我国已经成功建立第一代卫星导航系统之后，怎样通过研究美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及我国的北斗一代卫星导航接收机，来分析干扰的特征并研究相应的干扰抑制技术，以便增强卫星导航接收机的抗干扰能力，并为我国第二代导航卫星系统的建设提供必要的技术支持就成为了当前迫切需要解决的问题。我国自行研制的北斗导航系统可以全天候、全天时提供区域卫星导航信息的高精度导航定位系统。但是北斗接收机和一般的卫星接收天线系统一样都极易受到干扰，复杂的电磁环境，各种频率和强信号的电磁波对微弱的卫星信号来说无疑具有很大的威胁，而且微弱的干扰就能使北斗接收机不稳定甚至完全失效。由于卫星导航接收机中天线处于整个系统抗干扰的最前端，天线抗干扰能力的好坏对于卫星导航接收机来说是至关重要的，因此有关自适应天线抗干扰技术的研究及其实现成为当前卫星导航抗干扰接收机中一个十分重要的研究课题。本文研究的主要内容就是基于自适应调零天线阵列的抗干扰技术。浙江大学硕士学位论文自适应调零技术因其能抗衰落，减小多径效应，抗干扰能力强而广泛应用于卫星导航系统。自适应调零天线技术是美国GPS接收机抗干扰的主要技术。1．2国内外发展现状自适应调零天线技术主要有卫星导航接收机中现有的抗干扰措施主空域滤波和空时滤波。自适应调零天线技术可以在空域上实现自适滤波，根据外部信号环境的变化自动地调整天线阵中各个阵元的加权系数，在保证除干扰方向上的天线方向图保持全向的基础上，使得零陷对准干扰信号方向。不论采用什么滤波技术来实现抗干扰，都需要得到各个天线阵元的加权值。自适应波束形成通过不同的准则来确定自适应权，并利用不同的自适应算法来实现。主要的准则有：最小均方误差(MSE)准则；最大信噪比(SNR)准则；最大似然比(LH)准则；最小噪声方差(NV)准则等。不管选择什么样的准则，都是要采用一定的算法调整阵波束方向图，从而实现自适应控制。其中，有Howells等人根据最大输出信噪比准则提出的HA算法【1】[2】；Reed等提出的SMI算法[3】。自适应算法可以根据发射端是否发射参考信号，分为盲和非盲两大类。非盲算法需要基于发射端发送的时域参考信号，而盲算法不需要发射端发送参考信号，根据最小均方误差准则(LMS)，可得到最佳加权系数调整各个天线单元。但在多数情况下，有用信号的信息是无法预知的。因此在自适应天线阵列中，不需要参考信号的盲自适应算法被广泛采用，其中有Bussgang类算法[4】[5】、Godard提出的CMA算法[6]。常用的最基本的算法有LMS算法、RLS算法、DMI算法。而盲自适应波束形成算法又可分以下几种，一是基于DOA估计的自适应波束形成算法，首先根据阵列响应的先验知识估计信号的来波方向(directionofarrival)DOA，用于DOA估计的高分辨技术包括MUSIC算法、ESPRIT算法等，估计出信号的波达方向，根据这些信息在来波方向上形成高增益波束。但这种方法由于需要估计波达方向和波束形成两个过程，运算量较大。而基于最小化输出功率的功率倒置法是不需要知道所接收到的信号的信息，它能有效的抑制强干扰，提高输出信噪比。在通常情况下，导航系统处于强干扰的环境中，它所接收到的是微弱的有用信号，为了抵抗这种压制性强干扰，文献[7】提出了以最小化输出功率为原则的功率倒置法，并在[8】[9】中将功率倒置法2第1章绪论应用于自适应调零天线。功率倒置法在DS．CDMA系统中对抵抗强干扰也有明显的作用【10】。自适应算法的收敛性、稳态误差直接影响到天线调零的效果，归一化功率倒置算法[11】，变步长LMS自适应滤波算法【12】[13】[14】及遗忘因子RLS自适应滤波算法[15】都是为了加速算法的收敛性而减小运算时间来尽可能的实现实时调零。然而，目前卫星导航系统抗干扰技术研究领域中的一个关键问题就是需同时抑制多个干扰，而自适应调零天线技术中的空域滤波技术能够抑制干扰的个数为阵元个数减一，抗干扰的自由度会受到阵元数量的限制。同时，阵元数量受限于接收机的功率、成本及尺寸要求。在面临宽带干扰环境情况下，特别是由多种干扰类型组成的复杂干扰环境下，空域滤波已经不能很好地实现抗干扰的性能，而基于空域．时域二维的自适应算法可以在不增加天线阵元的情况下，增加抗干扰的自由度以及抑制宽带干扰和复杂的混合干扰。文献[16][17]提出联合空时处理(Space．timeAdaptiveProcess，简称为STAP)技术在自适应波束形成的应用并通过与空域滤波技术相比较突出STAP的优势。文献[18】阐述了STAP在GPS抗宽带干扰信号的显著作用。STAP不仅能调整天线阵元的空域响应，而且还可以调整天线阵元的时域响应，在不消耗空域自由度的情况下抑制窄带、宽带干扰和相关多径干扰，提高干扰抑制自由度。文献[19】对单纯的空域处理技术进行了改进，提出基于功率最小化准则的空时联合处理，并得出了基于多级嵌套维纳滤波(MSNWF)技术的自适应算法。美国Purdue大学Zoltowski教授领导的工作组提出了基于多级嵌套维纳滤波器的空时抗干扰算法[20][211，该方法通过降秩处理减少空时处理的计算复杂性并改善的算法收敛速度。文献【22]提出了一种基于Krylov子空间的简化方法改进多级滤波(MWF)，使得STAP的运算量大大减小。调零天线阵列的设计对天线调零性能也有较大影响。Rama,Rao．B．，Solomon，M．N．等人的论文中阐述了1997年TheMITRECorporation生产的自适应天线的性能，阵元为微带天线，阵元个数为5个，并给出了该自适应天线应用于F．16战机、战斧巡航导弹上的天线辐射方向图。LuigiBoccia，GiandomenieoAmendola等人的论文中提出了一种微带天线的结构，能更好的提高GPS自适应天线阵的性能，其带宽能应用与军、民两用GPS，其结构便于生产。更好的体气浙江大学硕士学位论文现出微带天线应用于GPS自适应系统中的优势。文献[23】论述了基于特征空间分解的自适应算法，讨论了不同天线阵单元对天线调零结果的影响，文中采用了六元圆形天线阵，相邻单元间间距为x／2，采用双锥天线作为天线单元的调零效果比偶极子天线要好的多，而且在宽带干扰存在的情况下，天线阵单元应该采用宽带天线单元。天线单元间的互耦会影响天线的调零性能。文献【24]提出了基于momem自适应算法的功率倒置法在调零天线阵列中的应用，利用矩量法计算天线间的互耦并阐述了单元天线间的互耦会降低调零深度并会使零陷角度偏移，因此，选择合适的导向矢量来补偿互耦对天线阵列产生的影响。然而，文献[25]发现存在多个干扰情况下，天线间的互耦并不会抑制调零效果，反而可以利用互耦特性来增强天线阵在多个干扰情况下的输出信噪比。天线接收平台的震动和运动、干扰位置的快速变化及自适应权值的更新速度相对较慢等，必然会引起一定的失配现象，很可能因干扰不在零陷位置而不能有效地对其进行抑制。甚至在某些情况下，常规方法完全失效，因此人们提出了有效的解决方法，也就是加宽干扰零陷，使得干扰来向始终处在零陷内，从而有效地抑制干扰。Mailloux[26]和Zatman[27]分别独立地提出一种本质一样【28】的零陷加宽的解决方法。李荣峰等则在[29】中从干扰位置变化的正态分布特性统计模型出发，推导出一种零陷加宽的自适应波束形成方法。谢红[30】等则提出了一种适用于大角度干扰抖动下的零陷加宽的方法，通过跟踪和优化干扰角度为基础实现干扰的零陷加宽。目前，我国在卫星导航接收机抗干扰方面大多处于理论算法仿真研究阶段，距实现先进的全面化抗干扰处理尚有一定差距。许多大学和科研院所在导航接收机抗干扰方面做了一些研究，在接收机的射频前端抗干扰处理和接收机捕获部分抗干扰处理方面取得一定的成果，但对基于阵列天线的抗干扰算法的研究及实现还不太深入。1．3本课题的主要研究内容及创新点4本课题主要内容有调零天线阵列的布阵形式、抗干扰调零系统的仿真设第1章绪论计。该系统采用特定结构的阵列，有线阵、圆阵、圆环阵可供选择来对外界的干扰进行抑制。而此抗干扰调零过程则需要自适应抗干扰算法来实现，包括空域抗干扰技术及空时二域抗干扰技术。同时本文提出了全向阵列的实现方式以及在调零过程中天线阵列方向图除零陷点外其他方向保形的方案。该系统适用于强干扰环境，本文采用的是应用最广的功率倒置阵，核心之处是自适应算法的选择，使天线远区方向图在指定的方向上(即干扰方向上)产生零点，即一种有效抑制来自该方向的干扰的方法。本文所采用的优化算法所得到的结果等价于调整天线阵列单元的馈电幅度和相位，使天线方向图零陷点对准干扰方向。本文采用基于最小二乘法(LMS)及递推二乘法(RLS)的功率倒置阵来实现空域抗干扰，并与空时抗干扰进行比较。这两种抗干扰技术均能成功地在干扰方向处形成零陷。与目前自适应抗干扰调零系统相比，该系统的创新点如下：(一)为实现天线调零中出现的低仰角调零不精确的问题，该系统采用最陡下降法优化天线阵元的相位实现全向天线阵以保证在未调零状态下天线接收到的有用信号强度和干扰强度之差与接收前保持一致，从而不会出现接收后干扰强度与有用信号强度相当的问题从而不适用强干扰的功率倒置算法。(二)为解决功率倒置阵在调零过程中出现的方向图恶化的情形，本文提出了一种基于乘积阵概念的新结构，在数字域进行复用形成分别用于产生零陷的阵列以及原始方向图的阵列，两阵列输出相乘后得到保形的天线方向图。1．4本文组织结构第一章首先介绍了自适应抗干扰调零天线研究的背景和意义，在此基础上提出了本文的主要研究内容及创新点。第二章主要介绍自适应抗干扰调零天线系统，阐述了调零天线技术原理以及系统架构组成。浙江大学硕士学位论文第三章主要研究了射频端天线阵列的布阵方案的选择，型，阵元数量，阵元间距以及布阵结构。第四章详细介绍了天线阵构造全向方向图的设计过程，的研究以及仿真结果。包括天线阵元的类主要涉及优化算法第五章主要介绍空域抗干扰技术和空时二域抗干扰技术的区别以及优缺点，阐述了两种抗干扰技术分别在线阵，圆阵，圆环阵下的应用。第六章在第五章的应用空域抗干扰技术的功率倒置阵基础上提出了调零过程实现主瓣保形的方案，并给出了详细实现方案以及仿真结果。第七章为全文总结。6第2章自适应天线系统设计分析2．1智能天线技术第2章自适应天线系统设计分析自适应调零天线是一种智能天线。智能天线可借助有用信号和干扰信号在入射角度上的差异，选择合适的加权值，形成正确的天线接收模式，即可将主瓣对准有用信号，低增益副瓣对准干扰信号，从而有效抑制干扰，更大比例地降低频率复用因子和支持更多用户。智能天线的多波束技术可以用来获得额外信道，而不需要分配额外频谱，有效地增加了频谱利用率。同时智能天线又可以减少信号的多径效应。在移动通信系统中，接收天线接收的多径信号瞬时值和延迟变化非常迅速，一般的接收天线无法接收有用信息。如果用智能天线控制接收方向并自适应相乘天线的指向性方向图，就能观察到信号衰落的影响。2．1．1智能天线原理智能天线的“智能”体现在信号处理。出信号是权值矢量W进行线性合并的结果，最简单的情况下，天线接收到的输如图2．1。图2．1智能天线结构浙江大学硕士学位论文图2．2阵列天线作为不同天线输出信号的合并器，智能天线利用了信道的方向性从不同空间位置得到的信号。因此具有多天线的接收机能区分不同到达方向的多径分量。因此，可以将智能天线看做一个空间RAKE接收机。接收机能对不同的多径分量进行相干合并，从而可以减小衰落，同时抑制来自其他干扰的多径分量。如图2．2所示，一个等间距的M元直线阵，阵元间距为d，信号波长为入，信号X从相对于阵轴法线为0的方向入射，则t时刻M个阵元接收到的信号向量和为吖J，(r)=∑X(t)eso’1V(2-1)i=l式中天线阵的方向图表达式如下，即归一化功率方向图以dB表示为：M彳(p)=∑ej¨1Ⅳt*1(2-2)(2-3)P(e)=1019{IA(e)12}(2·4)由式(2．3)、(2-4)可推知在阵元间距保持不变的情况下，阵元数增加时，方向图主瓣宽度减小，同时零点和旁瓣增加。这也就是说当天线口径增大时，主8第2章自适应天线系统设计分析瓣宽度相应的减小。如果阵元数较少，那么可用于抑制干扰信号的零点形成就会减少，这样就减少了所希望的方向上作用区的灵敏度。通常大型天线阵，可提高自适应零点控制的能力。但随阵元数的增加，接收机系统的费用和复杂性不可避免地增加。因此天线阵元数的选择应综合考虑。2．1．2智能天线的接收准则在波束形成中，已有许多文献专门介绍波束形成的基本原理和准则，基本原理就是通过求合适的权向量来最优化目标函数。常用的基本准则包括最小均方误差准则、最大信噪比准则和最小方差准则等。最小均方误差准则是应用最广泛的一种最佳准则，旨在使估计误差的均方值最小化，定义参考信号为d(D，则阵列输出与参考信号的均方误差为：“f)=d(f)一】，(f)=d(f)一WⅣx(f)(2-5)均方误差值可表示为J=以l砸)2I}(2·6)展开可得：：d到=E{Id)(tl：)}-一WnX(t)Ⅳ12％}】+Ⅳ如(2-7d(t2Re[WWW)=以I)12}一月％】+月如。其中心=E{X(t)XⅣ(f))为输入信号x(t)的自相关矩阵，‰=￡∥(f)d辜(f))为输入信号X(t)和参考信号d(t)的互相关矩阵。为使均方误差值J最小，可令其对w的梯度为零求得：V。‘，=28。∥一2，o=0(2-8)得到最优权向量：％=＆。1白(2-9)9浙江大学硕士学位论文最大信噪比准则旨在使用信号功率和干扰功率之比最大，常用于通信系统中，以实现系统误码率的要求。它的目标函数为SINR：d：到兰翼粤：墼￡{IW爿U(t)|2}W“R。W据此代价函数求出最优权向量。最小二乘准则的目标函数为：(2—10)J(，)=∑∥le(k)12(2-11)以实现目标函数最小值为目的，求出最优权向量。2．2自适应调零天线技术概述自适应天线起初是在军事通信领域使用，主要用于对抗敌方人为的干扰，然后被应用在雷达、通信和卫星导航等领域。近年来，智能天线技术的发展带动了自适应天线技术在民用方面得到的应用。自适应天线是一种广义的天线，它能够根据信号和干扰的实际环境，灵活地控制各个天线阵元的加权参数，自动调节天线方向图的形状，从而实现在空间对期望信号的最佳接收，并对干扰进行有效的抑制。它利用阵元接收到的信息自动调整天线阵的方向图，在有用信号增益不受影响的同时，使干扰在其来向出形成零陷，从而减小干扰信号进入接收机的功率，提高信号干扰噪声比，从而起到抑制干扰的作用。自适应调零天线是智能天线的一种，它是以自适应天线技术为基础，采用自适应算法来形成方向图。从空间响应来看，其自适应天线阵列是一个空间滤波器，它实际上是实现对阵列方向图的空域调零。从空频响应来看，此时自适应天线阵列是一个空时二维滤波器，它实际上是实现对阵列方向图的空时域调零。因此自适应调零天线主要可分为空域自适应调零天线及空时自适应调零天线。自适应调零天线一般由多个阵元组成天线阵，每个阵元后接一个复数加权器(空域)或多个复数加权器(空时)，最后用相加器进行合并输出。与加权器相连的信号处理器，对各个阵元的信号进行处理后，依据一定的准则自动地计算出相应的权值，来更新加权系数，使得各阵元的增益或相位发生改变，从而10第2章自适应天线系统设计分析在天线阵的方向图中产生对着干扰源方向的零陷，以增强抗干扰的能力。自适应调零天线系统的波束形成可用模拟器件在RF／IF中实现或者在基带数字实现。但在模拟波束形成中，每个独立的波束需要单个波束形成网络。而数字波束形成技术中，可以同时实现多波束，每个波束对应一个有用信号。数字波束形成有以下几个优势：可通过软件编程在信号处理上实现的；数字波束形成天线具有较强的抗干扰能力；可获得同时多波束而不损失信噪比和灵活性的波束控制；便于实现通道间互耦和幅相一致的数字校正。现今采用较多的是在数字域采用波束形成方式，因为随着通信技术不断向数字化转变，现代无线电系统越来越多的功能靠软件实现，因此产生了软件无线电(softwareradio)。像具有中国知识产权的3G 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 TD．SCDMA中就有采用智能天线技术和软件无线电。软件无线电的基本思想：将宽带A／D变换尽可能的靠近射频天线，即尽可能早的将接收到的模拟信号数字化，最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使其能够提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法等无线电通信业务。2．3自适应调零天线系统的组成自适应调零天线系统模型主要由以下部分组成：信号模块、天线模块、射频处理模块、A／D模块、信号处理模块(DSP／FPGA)。图2．3为调零天线系统框图。卫龌信号。干扰。噤声图2．3调零天线系统框图信号卫星信号经过空间平坦衰落信道，同噪声和多个干扰信号合成天线接收前的入射信号。因为各信号入射方向和天线阵各阵元位置的不同，产生相应的方向矢量，所以使入射信号在每个天线信道中产生不同的相位变化。它们正是自适应抗干扰所依靠的数据信息。天线信道处理模块对信号进行射频处理(射频信11簦；浙江大学硕士学位论文号解调到基带信号)，AGC放大，A／D模块使模拟信号数字化，为一系列的数字信号处理做好准备。信号处理抗干扰模块，通过自适应地调整天线阵的权值，使天线的零陷方向对准干扰信号，从而抑制干扰信号，提高信噪比，保护卫星导航信号。图2．4所示框图即为具体的自适应调零天线系统数字波束形成的系统框架。图2．4自适应调零天线系统框架图图2．4是自适应调零天线系统的一种架构，自适应调零天线包括多个阵元天线，每个天线单元后接一个独立的信号通道，每个通路的信号经放大器，滤波，下变频然后通过A／D转换，经过FPGA中的调零算法处理后输出各通路对应的加权系数，再经过DAC变换，将系数与初始接收到的信号相乘，最后用相加器进行合并输出，滤除干扰。从方向图上等效来看就相当于在天线阵的方向图中产生对着干扰源方向的零点，以增加抗干扰的性能。图2．4仅仅是自适应调零天线系统在射频端实现调零，同样也可以在中频实现调频，即将FPGA中输出的加权系数与中频信号相乘输出实现调零，也可在基带实现。射频端天线单元及布阵的设计是本论文的一大研究点，而需在FPGA实现12第2章自适应天线系统设计分析的自适应调零算法则是论文的主要研究内容，在第四章第五章分别介绍并仿真了空域抗干扰及空时抗干扰的实现结果，本论文的主要创新点也是在FPGA中数字域上的创新和牢I、充，在第三章和第六章分别有介绍。2．4本章小结自适应调零天线是智能天线的一种，本章节主要介绍了智能天线的基本原理及其接收准则，从而根据不同的计算准则形成不同的滤波器算法，本章介绍的有包括最小均方误差准则、最大信噪比准则和最小方差准则等。这些准则是经典处理方法，是本论文研究的基础知识。最后，介绍了调零天线的技术原理及基本系统框架。羲L第3章布阵分析3．1天线单元的设计第3章布阵分析随着卫星通信、遥感、测控技术的发展，雷达应用范围的扩大以及对高速目标在各种极化方式和气候条件下跟踪测量的需要，单一极化的天线已经不能满足要求，圆极化天线的应用越来越广泛。圆极化天线可以接受任意的线极化波，圆极化波可以干扰任何的线极化波。所以，在卫星导航系统中圆极化天线的使用也相当普遍。天线实现圆极化有两类：一是通过双馈点或者多馈点设置不同的馈点相位来实现；二是通过在同一副天线上，实现不同的谐振模式来实现圆极化。本研究采用的是双馈点、馈电相位差为900的方法来实现圆极化。因为这样的馈电方式可以激励两个极化正交，幅度相等，相位相差90。的TMol和TMlo模，从而实现天线的圆极化特性。采用的天线单元是双馈点圆极化贴片单元，如图3．1所示，该模型是通过电磁仿真工具CSTmicrowavestudio仿真得到的。端口输入阻抗均设定为50欧，介质选用的是介电常数为2．5的聚苯乙烯介质，通过CST仿真得到该天线单元的辐射方向图如图3．2所示。可见在特定频率下，双馈点圆极化贴片天线增益为7．3dBi，3dB宽度为81．90。忽务曩l▲—麓斗图3．1天线单元结构图=一一_童；汐善艮}艮董～‰浙江大学硕士学位论文3．2天线阵结构图3．2天线单元方向图阵元的数量，布阵形式和间距的选取等天线阵空间结构对于天线阵的性能非常重要。3．2．1阵元数量的选择根据自适应天线系统的工作原理可知，对于空域滤波技术来说，一个N元阵列，只有N．1个自由度，最多产生N-1个零陷。单元数越多，可抗更多干扰。因此，天线自由度越大，有效口径也越大，能实现的零陷则更深，所以为了能够对抗更多的干扰，需要增加阵元数目。但是，阵元数目越多，天线阵体积、重量也会大大增加。因此阵元数的选择可由抗干扰源数量，调零深度及硬件复杂度等决定。从自适应算法的角度考虑，虽然阵元数对算法的性能影响较小，但随着阵元数的增加，所形成的主瓣宽度将变窄。这将影响信号在主瓣外区域的接收。3．2．2布阵形式的选择一般来说，构成自适应天线阵的阵元可按任意方式排列，线阵，平面阵，圆阵等，但在大多数文献中比较多的采用线阵或者圆阵。圆阵与线阵相比，具有波束和“零点”可全方向操纵，天线阵列所占空小，且任何方向上天线12径相同和不易产生测向模糊等优点。另外，直线阵无法形成对称的笔状波束，而圆阵则可以形成对称的笔状波束。而且圆阵的抑制效果比线阵的抑制效果好。而在下一章中对具有4个阵元的不同形式的天线阵的抗干扰特性进行分析仿真。16第3章布阵分析最终我们将选择圆阵作为本研究的天线阵形式。3．2．3布阵间距的确定天线布阵间距的选择对天线的调零性能也是有较大影响的，在绪论中也有提到。为了尽可能的减小互耦并防止方向图出现栅瓣，通常情况下我们会选择阵元间距为入／2，下面以最简单的线阵为例推导出间距选择的意义。阵列的空间滤波响应表示为当阵列输入为平面波时，阵列输出与平面波入射角的关系。假定阵列为M个阵元组成的均匀线阵，阵元间距为d。在阵列结构确定后，其空间响应完全取决于权矢量。例如，如图2．2所示，M个阵元组成的均匀线阵，阵元间距为d。在阵列结构确定后，其空间响应完全取决于权矢量。一个入射角为0的单位平面波入射到阵，此时阵的导向矢量为a(e)=【1，eJkdsinO．,．，e7‘M一1’从如一】，(3-1)其中波矢k=2万／旯。当各天线单元等幅同相馈电时，即阵因子可表示为胛)刊薹ej(m-I)kdfmeI=1尝裟箸j_I鬻J(3-2)易发现当日=0。时波束有最大值，而且在以下秒取得极大值，即sm秒=+P-“5，P=0，1，2，．．．(3-3)所以，当d>入／2时，根据(3．3)，除了在0=0。上波束有最大值外，天线方向图在[．90，+90】的空间范围内还存在使波束取极大值的角度。在不同于瞄准方向的角度形成的波束最大值称为栅瓣。栅瓣的位置由式(3．3)确定。若衅入／2，则公式变为sin0=±p／2。则在p=l，2，即0=±30，±90处将出现栅瓣。因此，为了不出现栅瓣，阵列之间的间距应取为d<入／2。又为了尽量减小阵元间的互耦效应，综合考虑选择阵元间距为半波长。浙江大学硕士学位论文3．3全向天线阵的设计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，仅在干扰方向上产生波束零陷，这样在抗干扰的同时，并不影响接收机对卫星信号的接收。因此，若天线阵单元采用等幅同相馈电的话，得到的的低仰角处的信低增益可能会影全向半球覆盖，来使得天线阵形法来寻找函数的计时采用的是五个天线单元，其第3章布阵分析圆阵可形成的方向图表达式为，(只矿)=厶P鹏+荟厶P见P倒豳徊’州旷¨(3-4)9，缈表示的是来波信号相对于天线阵位置的仰角(来波方向与Z轴方向夹角)和方位角(天线阵所处平面x-Y平面，从X轴开始旋转的)，Io，九分别表示中心阵元的馈电幅度和馈电相位，厶(n=l，2，3，4)和九(n=l，2，3，4)表示圆周上均匀分布的阵元的馈电幅度和相对应的馈电相位，％代表的是圆周上各单元相对于中心阵元的方位角。若该天线阵采用等幅同相馈电，形成的天线方向图是具有一定宽度的波束，低仰角处的增益必然会较小，就会影响到信号在低仰角处的接收。从表达式中就可以看出第二项的求和，若对于每个‘=厶=厶=厶且确=欢=缟=么，和值必然是随着11的增大而增大。但若随机化相位％，每个对应的P崩将不再一样，P崩是在·1与1之间变化的复数值，因此当Cn随机化时，而是各有差异，经过累加后产生的数值必然会有部分和相消。因此可产生方向图中心凹陷的结果。PhaseO=Temp__phase搜寻phase0's27个邻近的相位组并计算各相位组对应的3dB波束宽度，找出最大波束宽度并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 相应的相位组(Tempphase)图3．4最陡下降法流程图浙江大学硕士学位论文最陡下降法在本研究中的应用就是为了寻找能实现最宽波束的情况，即形成覆盖范围最宽的波束。为了简化功分网络，采用圆周上的天线单元等幅的设计，而控制中心阵元的幅度来实现较好的全向性能。利用最陡下降法实现全向天线优化的流程图如图3．4。先随机产生三个随机相位(相位数组phaseO)；利用phaseO计算天线的方向图并计算得3dB带宽；对于phaseO中的每个相位进行+10，+o。，．1。的操作，总共产生27组新的相位，并利用这27组相位数组计算对应的3dB波瓣宽度，找出其中的最大波瓣宽度及对应的相位数组temp，如果．phasetemp．phase等于phaseO，该循环终止，找到局部值，反之，则将temp作为新循环的．phasephaseO，接下去的循环按照3步骤开始，直至找到局部最大值。因该算法比较适用于计算局部极值，得到的波束宽度不一定为全局最优解，为解决这个问题，可通过增加产生随机产生相位的次数来增加寻优轨迹。3．3．2优化结果与分析该优化算法中控制的厶的大小从1变化到5，而厶(，z=l，2，3，4)始终保持为l。表3—1表示的是利用最陡下降法优化得到的各个天线单元的馈电幅度和相位。表3．1优化后的各天线单元的馈电幅度和相位分布相位(。)＼五1．O2．03．O4．O5．O天线单趴l1351l22l191324278307144lll24432088330627650478307144lll24452088330627650利用常用的高频电磁仿真工具CST的combineresult的功能，把表3．1中的馈电幅度和相位代入各个天线单元中进行combineresult得到最终的天线辐射方第3章布阵分析向图。图3．5展示的是方向图随着厶的增加的变化趋势。从图中可见控制中心阵元幅度，及优化各阵元的相位可以实现较好全向辐射性能。。鳓‘‘黟’翻磅。⑧。磅。刭舻W墒图3．5中心阵元幅度增加的天线方向图(优化的相位馈电)且图3．5的(c)、(d)、(e)已经基本达到令人满意的全向状态。在圆形阵列中，采用表3．1激励的各个天线单元在一定方位角上会有所抵消，因此会拓展波瓣宽度且形成中心凹陷。中心单元的馈电幅度的提高也改善了天线阵的全向性能。在天线阵列相同口径的情况下，天线阵列的增益下降可展宽波瓣宽度。莒兰墨差重石Theta(degree)图3．610--3．0的阵列辐射方向图0。，45。，90。方位角的辐射特性由于中心阵元馈电幅度分别为3，4，5的阵列辐射方向图全向性较好，下面即对这三种情况做详细阐述与比较，选出最合适的馈电相位和幅度。分别截取各辐射方向图的0。、45。、90。方位角的截面图。馈电幅度为3的方向图的0。，45。、90。方位角的辐射特性可见图3．6。0。方位角上峰值增益是所有方2l浙江大学硕士学位论文位角上增益最大的，增益值为6．15dBi，比在同方位角上的最低增益值高2．2dB。如图3．7在中心阵元馈电幅度为4时，最大增益和最低增益相差1．274dB。如图3．8，中心阵元馈电幅度为5时，最大增益和最低增益相差0．63dB。我们可知中心馈电幅度为5的阵列辐射方向图具有最好的全向特性。从图3．6，3．7，3．8可看出，图3．6的各方位角截面方向图具有最差的低仰角特性以及不对称性。图3．9显示了，在中心阵元馈电幅度分别为3，4，5的辐射方向图中，各自对应的0。方位角上的辐射特性。不难发现，在中心馈电幅度为4和5的辐射方向图中，仰角为50(也即图中横坐标theta=850)的增益分别为．5．63dBi和．6．43dBi。从中可以推断知中心馈电幅度为4的辐射方向图具有更好的全向特性。考虑到中心馈电幅度为4和5的辐射方向图增益只相差0．81dB，且中心馈电幅度为4的天线阵用更小倍数的功率放大器，综合考虑之后，中心馈电幅度为4的情况可用于较好的实现天线阵全向。喜酉莹喜善Theta(degree)图3．7Io=4．0的阵列辐射方向图0。，45。，90。方位角的辐射特性要兰蚤蔷善Theta(degree)图3．8Io=5．0的阵列辐射方向图0。，45。，90。方位角的辐射特性第3章布阵分析畲詈D墨薹堇oTheta(degree)图3．9Io=3．0，Io=4．0，Io=5．0的阵列辐射方向图在0。方位角的辐射特性了更好的表示波束宽度展宽的程度，我们用等幅同相馈电的阵列辐射方向图与中心馈电幅度为4的辐射方向图进行比较。图3．10显示了此两方向图在0o方位角上的辐射特性。从图中，我们可以发现中心馈电幅度为4，及优化后的随机相位馈电可以有效地展宽波瓣宽度，这是相对于等幅同相馈电得到的辐射方向图而言的。3dB波瓣宽度从57．90展宽到了123．2。，差不多展宽了一倍。同时优化后得到的辐射方向图具有更好的低仰角特性，唯一的损失就是在顶端的增益降低了。随着波瓣宽度的展宽，增益不可避免的从10．2dBi降低到了5．9dBi。∞Dj捆磐图3．10优化后的阵列辐射方向图与等幅同相馈电的辐射方向图比较；窖仲oD七∞懦∞孙∞恬竹七o5忸住浙江大学硕士学位论文3．4本章小结本章主要介绍了天线单元的选择，布阵形式的选择，阵元间距，阵元数量对调零阵列的重要作用。在完成天线射频端的工作后，天线阵的全向优化也成为本章节的一大研究点。本章节采用最陡下降法实现5元同心阵全向天线的实现，并给出了仿真结果，较好的满足了天线阵全向的要求。但该布阵形式存在一些问题需要解决：1、虽然可以实现全向辐射特性，但是采用的是对称结构，在调零过程中可能会出现和均匀圆阵一样的问题，即产生多余零陷，仍需要采用Y型阵或者圆周上奇数个天线单元的天线阵，优化单元相位实现全向特性，应该更具有实用性。2、优化的结果显示中心阵元幅度越大，优化的全向特性效果越好，因天线阵作为接收天线时为无源的，即天线单元幅度均为1，则我们可通过用多个天线单元替换中心阵元，然后再等幅馈电进行优化。第4章空域抗干扰技术第4章空域抗干扰技术4．1天线零点产生的幅相控制从天线阵列的理论知识可知，决定天线阵的方向图主要参数是阵列的单元个数、单元的间距、单元激励(电流的幅度和相位)。因此，在干扰来向上产生零点主要就是可通过对以上几个参数进行控制而实现，一般有两种方式：第一种是控制单元激励电流，包括控制激励电流的幅度和相位，这也是本文的采用的方案；第二种是控制单元的几何位置，通常是对单元间间距进行控制。本小章节给出了一种直接生成在指定方向上具有零点的方向图的方法，有助于理解天线调零的思想等间距直线阵列排列示意图如图2．2所示。设相邻阵元间距为d，沿X轴正向给阵元依次编号为n=O，1，2，⋯，M．1，等间距直线阵的空间因子可表示为M—lZ(秒)=∑I．exp[jrdcd(sine-sin8．,)](4-1)(4．1)中，e为天线阵的仰角，即偏离阵中心轴线的角度，巳为波束最大值方向。七=2x／g为自由空间传播常数。令z=exp[jnkd(sine—sin0．)]，则(4-1)可以表示为‘(z)=10+，1z+，222+⋯+k一，Z村．1(4—2)N．1个根可表示为zl，Z2，z3，⋯，ZM．I，则(4-2)可表示为其中～=IM小‘(Z)=4，(z-z,)(z-Z2)“··(z一乙一。)(4-3)若事先已知N．1个零点，则将N．1个零点代入(4．2)即可得到N．1元一次非线性方程组，耍浙江大学硕士学位论文Jo+IIzI+J2z?+⋯+JN-、z_l^=0lo+lIz2+12z：+⋯+JM^z?一；0‘(4．4)』o+，lZM—l+，220一12+⋯+乙一lz0一l村～=o将(4-4)中的各方程以Io进行归一化，可知Io=1，并求得归一化后的Il，12，⋯，IM．1，将电流分布代入方向图表达式，即可求得所要求零点的方向图。4．1．1仿真结果图4．1显示了四元线阵，3个零点的情况，图4．1(a)显示的是干扰方向为仰角0。，30。，60。，由方向图可知，在干扰方向上产生了极深的零点(．100dB以下)，由于零点均在主瓣右侧，使得主瓣发生了偏移和展宽。图4．1(a)干扰方向为0。，30。，60。(b)干扰方向为石0。，0。，30。图4．1(b)显示了干扰方向来自．60。，0。，60。，天线阵调零后的方向图，可见用多项式零点控制法可以有效的在干扰处形成准确的零点，从而抑制干扰。4．2功率倒置算法原理功率倒置算法是一种简单常用的抗干扰算法。它是基于线性约束最小方差准则(LCMV)建立的，直接将阵列的输出作为误差信号，追求均方误差最小将导致阵列输出最小。该算法对阵列输入端的信号，无论是期望信号还是干扰信号都会进行抑制，所以在有不同方向的期望信号和干扰时，其波束图将在各个有用信号和干扰方向产生零陷，而在卫星导航系统中，干扰的功率远远强于有用信号的功率，因此在干扰处的零陷将远远深于有用信号的零陷。因此在方第4章空域抗干扰技术向图中显示时我们可以看到零陷将对准干扰方向，也就是干扰被大大的抑制了，这样就可以提高系统输出端的信干噪比。图4．2功率倒置阵俩化图如图4．2所示的空域滤波结构图，图中而，x2，．．．，xM分别表示阵列的M个阵元的输入矢量，输入矢量事实上就是每个阵元接收到的信息，令肠=h，x29．009嘞】71=口(口，缈)J，其中s为信号矢量(包括有用信号和干扰信号)，a(a，缈)是天线阵的导向矢量，对于均匀排列的线阵来说，a(O，纠=[1，P倒枷∞蛐，．．．，e7‘川’埘刚瞄妒】(4-5)就相当于天线阵的阵因子。w1，w2，．．．，％分别表示阵列的自适应加权值，Y表示最后的输出。令肠=k9oJ，hr(4．6)将第一支路输入信号作为参考信号d=而，则参考信号与X的相关矩阵与X的自相关矩阵分别为饧=E{X·五7’)(4．7)R捌=E{X·X71)(4-8)则各天线单元的加权系数可表示为％=【l，％】，(4．9)其中Wopt=[w2，w3，．．．，wM]r，最优加权系数的得到需要阵元2~M的加权输出和参考信号之间服从那个最小均方误差(LMS)准则。则阵列的信号输出为Y=而一w片X(4—10)27浙江大学硕士学位论文阵元2~M上的加权向量可表示为‰=％。1％(4-11)功率倒置法在自适应调零天线阵中的应用就是保持第一路加权系数始终为1，通过调整其他阵元的加权向量【w2，w3，．．．，wM】，使阵列输出信号的功率最小。功率倒置自适应算法在约束方向可保持一定的值，而从其它方向入射的信号，无论是有用信号还是干扰信号都将受到不同程度的抑制。显然，它并不需要知道有用信号的有关信息。4．3基于功率倒置算法的不同阵列形式的性能仿真阵元数目都为4元天线阵列，分别以线阵、均匀圆阵以及本设计中的Y型阵不同阵型进行效果对比，而且采用的阵元为双馈点圆极化贴片天线。所有阵型里阵元间距都为半波长，而且每个阵型的天线阵都同时受到2个干扰的影响。信噪比为．20dB，干噪比为20dB。200。)，两个干扰的方向分别为(30。(1)四元均匀线阵仿真中，均设定卫星信号来自(10。，3000)，(700，500)。四元均匀线阵排列形式如图所示2．2所示，四个阵元均匀排列在一条直线上。调零结果如图4．3，图4．4所示。可见直线阵在方位角为3000时，零陷点位置在30。，620，在直线阵方向图的50。方位角截面图中，产生的零点是50o，70。，可见在直线阵中，调零算法可以在