波束形成与控制科学的书籍

题主是否想询问“波束形成与控制科学的书籍有哪些？”波束形成与控制科学的书籍包括：《现代数字波束形成技术》、《波束形成技术及其应用》、《自适应波束形成理论与应用》。
1、《现代数字波束形成技术》，作者：韩瑞军，出版社：科学出版社。
2、《波束形成技术及其应用》，作者：刘宏伟，出版社：电子工业出版社。
3、《自适应波束形成理论与应用》，作者：李晶晶，出版社：北京航空航天大学出版社。

摘 要:宽带数字信号处理是电子战研究的主题之一。相对于窄带而言,宽带会导致数字动态、灵敏度、多信号处理等变差。针对这些问题,结合现代先进的电子技术,介绍了宽带数字信号处理中的宽带采集、阵列处理、数字信道化以及数字储频干扰等技术,分析了宽带对这些技术的影响,探讨了宽带数字信号处理技术在电子战中的应用及发展方向,为研究数字信号处理技术的工程师提供有益的参考。
关键词:宽带 数字信号处理 数字波束形成 电子对抗 数字信道化
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0005-01
1 对宽带数字和信号的处理介绍
对宽带数字和信号的处理,有数据采集和信息处理两大部分。其中数据采集进行信号处理的前提,是后期对信号进行处理时必须先要完成的阶段和过程。而对于所采集的数据进行处理,可以实现很多不同的功能,本文仅对当前常用的数字天线、数字信号的干扰和数字侦察等方面加以分析和介绍。
11 宽带信号采集
宽带信号的采集就是指在对输入的信号在中频波段附近加以数字量化,最常用的方法是借助模数变换器,这又可以简称为ADC。根据奈奎斯特的定理可以知道,要想不至于发生因信号的频率重叠而产生模糊或失真,ADC在输入时的带宽一定要不大于采样频率的1／2倍。在工程应用中,采样频率的值一般为带宽值的2．3倍左右。当ADC的值增加时,输入带宽的瞬时值则也可以适当有所提高。
对于宽带采集的方法,最常用的有3种:一是ADC高速采样;二是利用示波器进行采样;三是借助于光采样。其中,ADC高速采样是通过若干个并行的比较器实现输入信号的离散化,ADC的位数(b)和比较器数量(Ⅳ)的倍数是N=2。为了使实现的难度降低,一般要采用级联方式,以便获得较大的ADC位数。例如,当ADC为8位时,需要的比较器的个数为256,而如果采用2个4位的ADC进行级联,形成一个8位ADC时,就可以把比较器的个数减少为32。一般说来,与高速率采样相比,低速率采样要容易得多。当采样位数和频率增加时,在硬件角度上实现的难度就会增大。
12 宽带数字侦收技术
所谓数字宽带侦收,其目标是为了准时或实时对输入数据进行处理,对所采用的处理算法来说,最重要的计算速度问题。利用改进算法来提高处理数据速度的方法大体有以下几种:(1)把大数据率变换成小数据率,例如数字信道化的形式等;(2)实现快速化的信号处理和算法,例如快速FFT方法等。在数字信道化中,当信道的个数是M时,那么单个子信道的数据率值就降为先前的1／M,这样,就为输入数据的准时或实时处理和计算提供了充足的时间,可是,当每一个信道都要加以关注时,就要对各个信道进行并行处理,就会在硬件的设计方面增加难度。在工程应用中,一般是将全部接收的信号利用编码技术,折合到一部分信道内,从而不去对所有的信道进行关注。对于N点的FFT,在运算时,可以把呈离散状态的FFT的次复数乘法减少到(N／2)log2N次,当N较大时,就会使运算速度明显提高。
13 宽带数字射频存储技术
当需要对相参雷达实施数字储频式干扰时,要是不能把频域内出现的全部信息加以保存,就难以对其进行精确地复制,从而不能实施有效的干扰。而宽带数字射频,又称为RF,则可以实现把频域内出现的全部信息进行存储这一功能。其步骤如下:首先,把输入的信号变换为中频信号,通过快速的A／D变换,成为数字式信号,然后再写入相对高速的存储器,同时实施干扰调制。如果需要把这种信号重新发布时,就可以方便地通过控制器读出,然后再通过高速D／A技术,转换为相应的模拟信号,得到适合射频的输出信号,从而完成存储和转发整个过程。
宽带数字射频存储技术,又称作DRFM。其主要功能是依据需要,利用存储的数据实施干扰调制,然后把调制好的数据借助于高速D/A技术,再转换成相应的干扰模拟信号,从而可以实现在距离、速度两个方面的波门拖引,设置假目标进行欺骗等方面的干扰作用。为了使这种干扰更加有效,采用的瞬时带宽要大于雷达信号的带宽。瞬时带宽的值,决定了正常工作时的ADC速率以及DAC速率,这种速率越高,对存储器在存储方面的要求就越高,导致对其体积和功耗就越大,成本也就相应地越高。
2 宽带数字处理应用于电子战的途径
宽带可以改善雷达在距离上的分辨能力;可以增加在通信时传输信息的容量;在现代电子战中,宽带还有更多的应用,例如,友军的电子支援,敌我双方的电子对抗,都是最常用的途径和手段。
在电子战中,宽带和灵敏度之间存在着一种矛盾。对于灵敏度,可以利用如下公式进行计算。
P=-114+F+lgB+D (1)
式中:F为噪声系数;B为接收带宽;D为识别系数。
从公式可以看出,在其余参数不变时,带宽增大,灵敏度就要降低。当接收带宽条件不变时,可以借助以下两处方法提高其灵敏度:缩小噪声系数,减少识别系数。对于前者,没有多少潜力可以挖掘,相应地,减少识别系数就成为最常用的方法。
3 发展趋势
在现代电子战中,对宽带数字和信号的处理技术越来越重要,在各个军事领域中都有重要的作用,其中以下方面将成为在今后一个时期内的重要发展方向。在工程应用中,宽带和数据的传输、存储和实时处理的速度方面存在着一定的矛盾,为了解决这一问题,需要对信号的电光转换和处理进行大力的研究,才能有所突破。因为利用光信号处理,可以使瞬时带宽加大,加快处理的速度,比如,利用透镜就可以实现FFT,其计算的时间甚至可以完全忽略不计。
4 结语
在现代电子战中,宽带数字式信号的处理是必不要少的方式。本文对于宽带技术中的信号采集、信号侦收、数字天线、信号储频等几个方面的内容进行了简单的分析,论述了常用的关键技术以及发展趋势,能够为宽带工程技术人员提供相应的参考。
参考文献
[1] 徐海源,周一宇,冯道旺滑动DFT在宽带数字接收机中的应用[J]现代雷达,2007,29(9)
[2] 祁雪梅,潘冬明LabVIEW在数字信号处理教学中的应用[J]现代电子技术,2006(14)
[3] 陈兴文,李敏,刘燕LabVIEW在数字信号处理实践教学中的应用[J]高师理科学刊,2007(6)

摘 要:波束形成是阵列信号处理的一个重要组成部分，已经形成了比较完整的处理理论方法。波束形成最重要的目的是定向，当信号传播到各阵元时,由于声程差的缘故，每个阵元接收到的信号是有差异的。本文主要总结了宽带信号波束形成的算法，并进行了仿真验证。
关键词：波束形成；恒定束宽
1前言
早期的声纳系统大多处理的是窄带信号，窄带信号处理对硬件要求较低，分析方法也比较简单。窄带波束形成器的处理过程，即对各个阵元的输出信号做复数加权，以调整各阵元接收信号的幅度和相位，再求和，即可得到波束形成器的输出。
对于一个M阵元的间隔为d的线列阵，目标辐射信号为波长为 的窄带信号，目标与线列阵法线方向成 角度。当基阵采用均匀加权时，基阵的归一化方向性函数为：
从表达式2可看出，主瓣宽度是阵元数M、阵元间距d和波长 的函数，因此在一定的频段范围内，要使波束宽度恒定，就必须满足：
(3)
显然，要满足上述条件，就要使Md（线列阵的总长度）随信号频率作相应变化，以保证 是一个定值，这可以通过变化M或d来实现。由此可见，恒定束宽波束形成是采用某种方法使得不同信号频率分量所形成的波束图与频率无关，所以它能无失真的接收或发射宽带信号。如果阵元足够密，且频带内信号频率是连续线性变化的，那么随频率增加逐渐增加阵列边缘的零权系数，使不参加工作的阵元数目随频率升高而增加，这样就能较近似地满足恒定束宽的要求。若不改变阵元数目而改变阵元间距，同样可以达到预期的目的。
2 恒定束宽波束形成的两种设计方法
恒定束宽波束形成可以通过改变基阵各阵元加权系数来实现，下面介绍基于这一原理的两种设计方法[4]：
21 最小二乘法-随频率变化改变阵元加权系数
若我们以带宽内某一频率的波束主瓣宽度为准，则带宽内的任一频率，原则上是可以设计一组随频率变化的加权系数，从而得到与基准频率相同的波束主瓣宽度。
对基准频率w0，若其方向性函数为：

为了实现恒定束宽，应满足 。对于不同的角度 ，可以得到一组方程组，用最小二乘法[42]来解此方程组就可得到不同频率w下的加权系数。
最小二乘法是求解权系数的最基本方法，不受基阵几何形状的限制，但是该方法运算量大，下面给出计算简单的恒定束宽波束形成器的设计方法——空间重采样方法。
2．2 空间重采样方法
空间重采样方法适用于均匀线列阵恒定束宽波束形成，它是将均匀线列阵视为连续线列阵的均匀离散采样，将宽带方位估计算法中的空间重采样思想用到恒定束宽波束形成器设计中，直接给出阵元权系数的计算公式，免去了大量的矩阵运算或数值积分。
令 ，则最小二乘法中的式子254可化简为：
(6)
由上式可看出 和 之间满足傅里叶变换关系，且当
wd为常数时，则不同频率信号在同一入射方向有相同的响应。假设存在一个虚拟的连续线列阵，可以将这虚拟连续线阵视为一个模拟滤波器，设其冲激响应为 ；将均匀线列阵看作是该虚拟连续阵的均匀采样，可视为数字滤波器，其冲激响应为 ，则满足如下关系式：
(7)
根据空间采样定理，阵元间距应大于等于信号波长的一半。设w0为基准频率，则阵元间距至少为 ，对应的加权系数为 。假设对于任意的频率wj，都存在一个阵元间距为 的均匀离散阵，其权系数均为 ，那么这些离散阵对应的数字滤波器应具有相同的响应，从而可使宽带信号的波束形成达到恒定束宽的目的。
仿真实验：等间隔线列阵，阵元数为10个，阵元间距为2米，目标为频宽在200Hz-300Hz的宽带信号，目标角度在90度，所加噪声为高斯白噪声，经恒定束宽波束形成后得到的波束图如图1所示：
图1 恒定束宽波束形成图
3总结
本文在分析宽带波束形成的基础上，主要分析介绍了恒定束宽波束形成，并给出了仿真验证，分析及验证表明恒定束宽波束形成可以通过改变基阵各阵元加权系数来实现。
参考文献
1李启虎 声呐信号处理引论[M] 第二版 2000 北京 海洋出版社
2智婉君水下宽带阵列信号处理的高分辨技术研究[D]西安:西北工业大学博士学位论文，1998

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