智能天线算法研究

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在通信领域,由于频率资源紧缺,来自其它系统的同频干扰越来越多。而在军用通信领域,除了抵抗非恶意干扰之外还要想办法对抗来自敌军的恶意干扰,所以抗干扰性能已成为通信系统能否可靠应用的一项重要指标。另外,现有微波通信设备所常用的两种天线都有其自身难以克服的缺点,全向天线增益太低,而使用定向天线的通信系统,架设开通过程中的相互对准非常困难,而且由于风吹造成天线杆的摇晃,会造成通信时通时断,不能稳定通信。而采用智能天线的通信系统具备自动扫描、自动对准、自动跟踪能力,能够保证设备在架设开通过程中不需要人工参与,各通信节点可以自动搜索到邻近通信节点,并完成自动组网操作。并且在各通信节点移动过程中,智能天线能够保证实时跟踪对准,彻底解决了微波通信设备对准难,开通复杂等问题。智能天线技术的核心是阵列信号处理。随着数字信号处理技术的逐渐成熟,智能天线的算法研究也进入一个新的阶段,各种不同算法层出不穷。本文就是将这些常用算法进行归纳总结,比较其优劣,并在一定应用条件下选择几种常用智能天线算法进行仿真和实现,从最终实现的设备指标上体现智能天线技术的优势。本文的前半部分主要介绍了智能天线的工作前提和工作原理,然后通过和滤波器优化技术类比,提出智能天线的波束合成其实就是空间滤波,这样智能天线算法的优化可以借助于成熟的滤波器优化设计方法进行。论文随后对几种常用的优化准则进行了论述,对常用优化准则下所产生的波束合成算法进行了研究,并对某些算法进行了扩展论述,对某些算法的延伸算法以及这种延伸算法所带来的优缺点进行了较为详尽的讨论。最后结合作者所做的实际工作,以某智能天线项目为蓝本,对项目设计前期的体系结构进行了论证,说明了各种参数对于最终产品性能的影响程度,并从头至尾分析了各种架构的关键参数和技术选择的原因。论文结合系统应用要求,将各种常用算法进行分类选择,最终找到适合系统使用的算法,并选择算法实现的硬件平台和编程语言;本系统中要实现相关DOA算法和DBF算法,计算相对比较复杂,计算量大,因此我们选择了TMS320C6713DSP处理器。而在TI公司DSP芯片上开发时所使用的CCS软件开发工具具有较好的人机界面和编译器,能够较好的支持汇编语言和C语言,所以,我们在开发过程中选择C语言作为主要编程语言。当需要进行大运算量时选用TI官方提供的第三方程序库,可以更好地优化代码执行效率和代码长度。最后我们通过仿真数据和实际测量数据证明了智能天线算法对整个通信系统性能的提升作用,同时,使用便利性上也有很大的提升。
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