1、經(jīng)過50多年發(fā)展，我國航空航天測控系統(tǒng)已經(jīng)處于測控系統(tǒng)發(fā)展的第二個階段，即統(tǒng)一載波測控體制，具有了由“地基”、“?；睖y控設(shè)備構(gòu)成的完整的測控網(wǎng)絡(luò)。在這樣的體制中，一套測控設(shè)備每次只能對一個目標(biāo)進行測控，而且只能在本國和附近地區(qū)進行。隨著航空航天科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國防建設(shè)需要，多目標(biāo)同時測控的需求日益增強，其具體運用領(lǐng)域也日益廣泛。比如，由跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星組成的“天基”測控系統(tǒng)。為了在全球范圍全程跟蹤飛行器，“天基”測控把測控站放到太空

2、中，由中繼衛(wèi)星完成。而一顆中繼衛(wèi)星不可能只監(jiān)測一個飛行器，而必須同時多目標(biāo)測控。多目標(biāo)測控另一個典型應(yīng)用是對小衛(wèi)星測控。小衛(wèi)星的出現(xiàn)，大大降低了衛(wèi)星成本，這意味著空中衛(wèi)星數(shù)量的增加，甚至出現(xiàn)了小衛(wèi)星群。為了降低對小衛(wèi)星的測控成本，多目標(biāo)測控是主要解決手段。即使是在傳統(tǒng)測控網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)多目標(biāo)測控，也是對原有設(shè)備進行改造和升級的重要方向。 多目標(biāo)測控實現(xiàn)是通過自適應(yīng)數(shù)字波束合成（Digital Beamforming，DBF）技術(shù)。

3、自適應(yīng)DBF技術(shù)利用信號的不同來向，從空間域進行濾波，把主瓣對準(zhǔn)期望信號而零陷對準(zhǔn)干擾信號。通過軟件形成不同的權(quán)值，在相同的硬件設(shè)備上形成多個通道，完成多目標(biāo)測控。自適應(yīng)DBF涉及了無線通信的各個部分，而關(guān)鍵在于基帶信號處理。作者在全面理解DBF理論基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)實現(xiàn)過程中涉及的多個系統(tǒng)性能問題進行了理論分析，同時對波束空間自適應(yīng)算法和波達方向估計算法進行了改進，并完成了中頻和基帶的硬件設(shè)計和制作，為系統(tǒng)的產(chǎn)品化奠定了基礎(chǔ)。

4、論文主要內(nèi)容包括： （1）首先以均勻線陣為研究模型，介紹了波束合成系統(tǒng)的幾個重要參數(shù)意義和求解方法。推導(dǎo)在不同準(zhǔn)則下的系統(tǒng)最優(yōu)權(quán)矢量解，并對它們進行比較和分析，指出統(tǒng)一為維納解。而通過對MV準(zhǔn)則下波束合成器的仿真，可以觀察空間濾波對系統(tǒng)性能的改善。 （2）針對工程實現(xiàn)，分析了系統(tǒng)性能同量化比特數(shù)，采樣快拍數(shù)，陣列失配的關(guān)系。對于量化比特數(shù)的分析，其意義在于確定ADC器件分辨率和數(shù)據(jù)精度。分析表明，系統(tǒng)量化比特數(shù)的增加對系

5、統(tǒng)增益提高是有益的，但當(dāng)量化比特數(shù)增加到一定值，這種改善就不明顯了?？炫臄?shù)大小，決定了協(xié)方差矩陣估計誤差大小，從而影響系統(tǒng)性能?？炫臄?shù)越多，誤差當(dāng)然越小，但系統(tǒng)復(fù)雜度自然也隨之增加。通過分析快拍數(shù)同陣列增益的關(guān)系，就可以在理論上按照一定的技術(shù)指標(biāo)確定自適應(yīng)DBF算法使用的快拍數(shù)的多少。陣列失配是陣列校正的原因，線性約束和二次約束是兩種基本校正方法。 （3）介紹了各種基本自適應(yīng)算法及其性能，針對波束空間算法引入對角負(fù)載技術(shù)進行改進，

6、在降低運算量同時提高穩(wěn)健性。自適應(yīng)DBF算法由于是對陣列信號進行處理，而且本身算法也較為復(fù)雜，如何減少系統(tǒng)計算復(fù)雜度一直是人們研究的方向。同時，目前的各種自適應(yīng)算法，對陣列失配非常敏感，通常都需要進行陣列的校正，提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。把波束空間自適應(yīng)DBF算法同二次約束中的對角負(fù)載技術(shù)相結(jié)合，一方面可以通過降低維數(shù)來減少運算復(fù)雜度，另一方面，也可以提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。通過對陣元空間對角負(fù)載實現(xiàn)方法的分析，給出了波束空間對角負(fù)載方法實現(xiàn)過程，并確定

7、了對角負(fù)載值。 （4）分析比較各種DOA估計算法，對均勻圓陣的二維MUSIC法譜峰搜索引入FFT，從而降低運算量。自適應(yīng)DBF算法中的非盲自適應(yīng)算法需要一個參考信號，這個參考信號可以是時間信號，也可以是空間信號?？臻g參考信號的獲得，實際就是期望信號的DOA的估計問題。MUSIC法是DOA估計的經(jīng)典超分辨方法，適應(yīng)范圍廣，是工程實現(xiàn)中常采用的方法。對于均勻分布的圓陣，由于陣元位置的特殊性，MUSIC法空間譜的譜峰搜索計算可以通過簡單

8、位置變換等效為圓周卷積，從而可以利用FFT，使譜峰搜索計算量減少一半左右。 （5）為了驗證理論的可行性，為多目標(biāo)測控設(shè)備的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，必須完成相應(yīng)的各種硬件設(shè)計、制作和調(diào)試。根據(jù)課題需要，作者首先用FPGA制作了一個BPSK的直接序列擴頻調(diào)制信號源。該信源載波為35MHz，基帶偽隨機碼速率為3.5Mbit/s。設(shè)計完成了針對9陣元均勻圓陣的中頻信號處理單元，即把35MHz載波的BSPK調(diào)制信號進行9路正交模擬解調(diào)，并用Cos

9、tas環(huán)提取本地相干載波。自適應(yīng)DBF的基帶處理部分則是由FPGA+DSP器件完成。FPGA具有高速特點，可以用于陣列加權(quán)求和，而DSP進行運算方便，則用于DOA估計和權(quán)值求解。FPGA把模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到數(shù)據(jù)傳給DSP，DSP把處理得到的權(quán)傳回FPGA，二者配合實現(xiàn)DBF。 總之，多目標(biāo)測控是一個龐大系統(tǒng)，自適應(yīng)DBF理論也涉及多個方面，具有很多分支，如寬帶處理，有色噪聲，稀疏陣列，去耦校正，盲源分離等等。自適應(yīng)DBF也不僅僅用于