Distributed Transmit Beamforming for UAV to Base Communications

Distributed transmit beamforming(DTB) is very efficient for extending the communication distance between a swarm of UAVs and the base,particularly when considering the constraints in weight and battery life for payloads on UAVs.In this paper,we review major function modules and potential solutions in realizing DTB in UAV systems,such as timing and carrier synchronization,phase drift tracking and compensation,and beamforming vector generation and updating.We then focus on beamforming vector generation and updating,and introduce a concatenated training scheme,together with a recursive channel estimation and updating algorithm.We also propose three approaches for tracking the variation of channels and updating the vectors.The effectiveness of these approaches is validated by simulation results.

分布式相参雷达相参效率及相参景深研究

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar,DCAR)所发射信号仅能在感兴趣点处完全相参叠加,在一定发射相参效率约束下,因相参位置失配会出现能量弥散现象。对此,定义“相参景深”用以描述该能量弥散现象,并给出相参景深形成原因,指出其有界性和周期性特征,分析其影响因素,以具象化和定量化的方式揭示发射相参效率空间分布规律,可有效支撑DCAR发射信号参数和阵列构型选择等工程实践。最后,以多节点单元雷达的DCAR设计仿真实验,证明了所提方法的有效性。

无相位反馈的分布式发射波束成形技术研究

分布式发射波束成形技术是实现协作通信的一种有效方式,而分布式发射波束成形面临的主要技术挑战有发射信息共享、载波同步、发射时间同步等。本文针对这些技术挑战利用时分双工系统前后向信道的一致性,提出了一种不需要在节点之间反馈相位控制信息的分布式发射波束成形技术。在此基础上,发射节点和目标节点之间数据传输采用OFDM技术,提出了对每个子载波信号分别进行发射波束成形的实现方法。

节点本振误差对分布式发射波束形成性能的影响

采用核密度估计方法,对存在本振误差时的分布式发射波束形成(DTBF)性能进行统计分析.考虑存在载波初始相位偏移、载波频率偏移、相位噪声等3个偏差项,推导了对应的任意阵平均波束图和互补累积分布函数的理论表达式,并选用衰减因子和波束图特征参数分析本振误差对远场波束性能影响.理论分析和模拟结果显示,本振误差会导致DTBF性能出现衰减,并使合成波束图的平均主瓣水平下降,主瓣变宽,旁瓣区域扩展,波束图出现高旁瓣.随着时间的增长,本振误差累积增大,所致性能衰减增大,聚集到目标方位的能量减少.

频率跳变对分布式发射波束形成性能的影响

为分析发射节点载波频率跳变对多电台分布式发射波束形成性能的影响,采用任意阵平均波束图为指标进行了频率跳变影响分析。针对多电台节点位置固定场景,考虑频率跳变后系统设置保持不变和调整节点预补偿相位等两种情形,推导给出了对应的性能表达式以考察发射波束整体性能,并分析比较了频率跳变对3dB波束宽度、3dB旁瓣区域、指向性系数等平均波束特征的影响。理论分析和仿真结果表明,频率跳变会使平均波束图出现畸变,改变平均主瓣水平和波束指向;在对应调整预补偿相位后,可保证波束指向不变,但平均主瓣水平仍会发生变化。

一种多周期变步长分布式发射波束成形方案

针对传统分布式发射波束成形方案调整速度慢、系统复杂度高的缺点,提出了一种全新的多周期变步长调整方案。通过不断减小每一相位调整周期的步长,来逐步弱化各个节点相位与期望值之间的差距,使接收端收到的信号强度能以更快的速度达到最大。仿真结果验证了变步长方案的可行性,在同等条件下,变步长方案较传统方案相比能以更快的收敛速度实现相位对齐,使接收端同时获得阵列增益和分集增益。同时变步长方案也为循环优化问题提供了一种新的思路。