数字波束成形在无人机数据链上的应用研究

数字波束成形技术
数字波束形成技术用这种技术的天线能产生多个数字波束实现对卫星的跟踪，称为“数字波束形成的多波束天线”。

装在移动地球站上能实现在运动过程中与卫星之间的通信不中断。

因此这种技术是移动卫星通信中的一种关键技术，也是4G移动通信中智能天线的关键技术。

世界知识产权组织在1977年版的《供发展中国家使用的许可证贸易手册》中，给技术下的定义:"技术是制造一种产品的系统知识，所采用的一种工艺或提供的一项服务，不论这种知识是否反映在一项发明、一项外形设计、一项实用新型或者一种植物新品种，或者反映在技术情报或技能中，或者反映在专家为设计、安装、开办或维修一个工厂或为管理一个工商业企业或其活动而提供的服务或协助等方面。

"这是至今为止国际上给技术所下的最为全面和完整的定义。

实际上知识产权组织把世界上所有能带来经济效益的科学知识都定义为技术。

数字波束形成摘要随着高速、超高速信号采集、传输及处理技术的发展,数字阵列雷达已成为当代雷达技术发展的一个重要趋势。

数字波束形成(DBF)技术采用先进的数字信号处理技术对阵列天线接收到的信号进行处理,能够极大地提高雷达系统的抗干扰能力,是新一代军用雷达提高目标检测性能的关键技术之一。

并且是无线通信智能天线中的核心技术。

本文介绍了数字波束形成技术的原理，对波束形成的信号模型进行了详细的推导，并且用matlab仿真了三种计算准则下的数字波束形成算法，理论分析和仿真结果表明以上三种算法都可以实现波束形成，并对三种算法进行了比较。

同时研究了窄带信号的自适应波束形成的经典算法。

研究并仿真了基于最小均方误差准则的LMS算法、RLS算法和MVDR自适应算法，并且做了一些比较。

关键词：数字波束形成、自适应波束形成、智能天线、最小均方误差、最大信噪比、最小方差ABSTRACTWith the development of high-speed, ultra high-speed signal acquisition, transmission and processing technology, digital array radar has became an important trend in the development of modern radar technology. Digital beamforming (DBF) technology uses advanced digital signal processing technology to process the signal received by antenna array. It can improve the anti-jamming ability of radar system greatly and it is one of the key technology。

数字多波束形成与波束跟踪算法研究的开题报告一、研究背景及意义数字多波束形成技术是指利用数学算法和数字信号处理技术在接收天线阵列上实现组合波束形成，从而提高雷达、通信等系统的性能。

该技术可以在空域和角度域上对目标进行定位和跟踪，大大提高系统的探测与定位准确性。

因此，数字多波束形成技术在军事、民用、医疗等领域有着广泛的应用前景。

波束跟踪算法是数字多波束形成技术的重要组成部分，其准确性和效率对系统性能有着决定性的影响。

二、研究目标和内容本研究旨在深入探究数字多波束形成与波束跟踪算法，具体研究内容如下：1. 数字多波束形成技术的基本原理及其在信号处理中的应用；2. 波束跟踪算法的原理及分类；3. 基于数字多波束形成技术的波束跟踪算法设计，包括基于卡尔曼滤波的波束跟踪算法、最大似然估计法等；4. 算法仿真与实验验证。

三、研究方法本研究主要采用理论分析、数学建模、仿真模拟和实验验证等方法，具体如下：1.通过文献调研和学习，掌握数字多波束形成和波束跟踪的基本理论和方法；2. 依据问题进行建模，分析数字多波束形成信号的特性，并结合实际情况，构建数学模型；3. 采取MATLAB等工具进行仿真模拟实验，验证算法的有效性和性能；4. 借助实验平台进行实验验证，如利用MATLAB Simulink和DSP实验室进行数字多波束形成技术的实验。

四、预期成果1.对数字多波束形成和波束跟踪算法的理论和方法有较为深入的了解，能够灵活应用其基本原理解决实际问题；2.设计出基于数字多波束形成技术的波束跟踪算法，掌握相应算法的表达和实现方法；3.实现算法仿真和实验验证，展示模型的优越性和有效性，为后续相关应用提供了可靠的基础数据。

五、研究进度安排本研究计划用一年时间完成，进度安排如下：1. 第1-2个月：调查研究该领域相关的文献资料，了解数字多波束形成和波束跟踪算法的基本原理和研究热点；2.第3-4个月：对数字多波束形成技术进行数学建模，并探讨其在信号处理中的应用；3. 第5-7个月：设计基于数字多波束形成技术的波束跟踪算法，并进行算法仿真实验；4. 第8-10个月：实证研究算法有效性，利用MATLAB和DSP等实验平台进行数字多波束形成技术的实验；5.第11-12个月：撰写毕业论文，准备答辩。

无人机辅助多用户毫米波MIMO系统的透镜波束预编码技术
研究
陈真;唐杰;杜晓宇;章秀银
【期刊名称】《电子与信息学报》
【年(卷),期】2022(44)3
【摘要】无人机(UAV)与毫米波(mmWave)多输入多输出(MIMO)系统的结合可以提供高数据速率的空中链路,然而其部署位置及波束赋形设计直接影响无线通信系统的吞吐量。

为实现多用户同时接入通信,该文提出基于离散透镜阵列(DLA)结构的波束空间预编码技术,构建了联合UAV飞行高度、波束选择及混合预编码的优化方案。

为了解决这一涉及随机目标函数的非凸优化问题,该文利用最小化加权最小均方误差方法,将问题转化为求一系列子优化问题,进而通过一种惩罚对偶分解(PDD)算法求解。

数值仿真结果表明,该方案能够实现接近全数字波束赋形方案的频谱效率性能。

【总页数】8页(P844-851)
【作者】陈真;唐杰;杜晓宇;章秀银
【作者单位】华南理工大学电子与信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7;TP391
【相关文献】
1.大规模多用户 MIMO 系统导频波束形成预编码算法及仿真
2.多用户毫米波大规模MIMO系统中收发端联合的混合波束成形设计
3.无人机协助的多用户MIMO 毫米波网络混合预编码方案
4.多用户毫米波MIMO系统中基于信道互易性的混合模数预编码算法
5.毫米波大规模MIMO系统波束旋转预编码设计
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外军无人机数据链发展现状及关键技术研究摘要：无人机是现代战场上的新型作战力量，在未来战争中将发挥越来越重要的作用，同时战争对无人机的需求和依赖性也在日益增长，驱动了该领域很多革命性的新概念的涌现。

本论文主要是对作为无人机重要组成部分的外军无人机数据链的发展现状及关键技术进行研究，对外军无人机数据链的现状进行了系统的分析，总结和分析了外军无人机数据链的发展，同时根据当前新的作战运用，预测无人机的发展，可为相关领域的工程技术人员提供参考，因而具有重要意义。

关键词：无人机，外军，数据链无人机数据链路是整个无人机系统的重要组成之一，不可或缺的一部分，是地面控制站与无人机之间连接的桥梁、信息传递的纽带。

具体的操作过程是：通过上行发送遥控指令给无人机，操作无人机动作、姿态，而无人机的位置信息、任务设备获取的信息等则通过下行信道由无人机传递至地面控制站，同时数据链路的技术指标、工作状态可以直接影响到整个无人机系统的技术指标以及全系统的运行状态。

所以说，数据链路就是无人机系统的生命线。

因此对于无人机数据链路的研究应运而生，而有着丰富经验的外军无人机数据链路更是研究的主要对象。

1研究背景当今世界，随着科学的发展，武器系统的更新换代，作战方式在不断地改变，信息化、网络化、无人化成为作战方式发展的大趋势。

而无人机作为新型作战力量，已经成为战场上不可忽视的一部分力量，因此对于无人机的应用、战法以及如何增强无人机的战斗力，已经无人机研究中的重点。

对于无人机的战斗力的提升的首要关键在于增强对无人机的控制能力，在这一点上，无人机数据链路起到了关键作用【8】。

本论文的主要目的是对外军无人机数据链路的发展现状及关键技术进行研究，针对研究的结果比对我军现状，寻找差距，以期能够给与我国军用无人机的数据链路发展一些建议。

总结国外（主要是美国）无人机数据链路的发展现状，对无人机数据链路系统的关键技术进行了研究分析，并预测了无人机数据链路的发展趋势。

波束成形技术
波束成形技术是通过控制发射天线的特性来改变传播路径的技术。

它通过改变发射点的方向来改变发射天线的放射状态，从而影响波束的方向，从而实现发射信号的有效控制。

与此同时，它还可以通过调整发射信号的振幅和相位来控制波束的形状，使其与目标匹配，从而获得最佳的传输效果。

波束成形技术不仅可以应用于无线通信领域，还可以应用于无人机和汽车的安全导航。

它可以帮助用户更好地控制信号的传播路径，从而避免无线信号受到其他信号的干扰，提高无线信号传输的稳定性。

此外，它还可以用于重要信息的传输，例如视频信号，因为它可以提高信号的相关性和传输率。

此外，波束成形技术还可用于无线调制解调器的空间分布，从而有效提高无线信号的传输范围。

它可以帮助用户更好地控制信号的传播方向，使信号能够更好地覆盖指定的区域，从而提高系统的可靠性。

总的来说，波束成形技术是一项重要的信号控制技术，它可以帮助用户更好地控制信号的传播路径，从而提高无线信号传输的稳定性和可靠性。

同时，它还可以有效提高信号传输的质量，从而提高信号传输的精度和效率。

因此，波束成形技术在无线信号技术中具有重要意义，将为数字化信号传输提供更安全和可靠的技术支持。

哈尔滨工业大学科技成果——专业无人机数据链主要研究内容无人机作为一种先进的空中应用平台，与载人飞机相比，具有体积小、重量轻、造价低、机动性高、隐蔽性好等优点，并能完成有人驾驶飞机不宜执行的任务，但随着机载任务设备的不断完善和增加，地面终端与机载平台之间的数据交互量也在也在逐步提高，为了实现数据的可靠交换，提高数据传输速率，必须建立完善的数据链系统。

利用数据链进行通信，具有传输速率快、抗干扰能力强、误码率低等优点。

提高信息处理能力，并且最大限度的保证信息的完整性。

本项目以专业无人机数据链设备的产业化为目标，在哈尔滨工业大学通信技术研究所多年多型号武器装备数据链局域科研基础上，通过技术成果的产业化，建立专业无人机数据链的研制、生产和销售股份制公司，从专业无人机数据链的产品设计、中试、生产工艺、整机工作可靠性、高科技、生产效率等方面进行深入研究，开发多种类型的从低端到高端的无人机数据链系列产品，使哈工大通信所的武器装备数据链核心技术成果从型号产品推广至行业乃至民用无人机市场，成为我国从军用到民用的数据链设备的专业企业，走在技术行业前沿，满足各类型的专业无人机产品对数据链技术和产品的需求。

主要应用无人机是集探测、识别、决断和作战功能为一体的系统，已被世界各国认为是未来的第五代（或第六代）作战飞机，它将逐步担当航空控制和对地攻击的任务，成为实施空中打击的一种重要手段。

军事分析家们认为，无人机作战将成为集群化趋势。

无人机逐渐现身于测绘、军警、农业、应急救灾、电力和石油管线巡线等专业领域。

主要技术指标1、遥控命令：完成无人机32个遥控指令的上传指令周期小于等于1秒。

2、参数装定：采用无线方式实时的予以调整和装定。

响应时间小于100ms。

3.、航线装定：可在地面准备和空中飞行过程中采用无线方式实时的向无人机逐点发出所选定的航线包括程控航线各点的序号、地理位置坐标值等，装订用时小于100ms。

4、通信距离：地面大于5Km。

5G通信中基于波束成形的信道估计与优化算法研究随着互联网的快速发展，人们对更高速、更可靠的无线通信需求日益增加。

为了满足这一需求，第五代移动通信技术（5G）应运而生。

作为5G关键技术之一，基于波束成形的信号传输被广泛应用于5G通信中。

基于波束成形的信道估计是实现高速、高可靠性通信的关键步骤之一。

它通过对信道特性的准确估计来优化波束的形成，从而提高信号的质量和传输的效率。

本文将探讨5G通信中基于波束成形的信道估计与优化算法的研究。

首先，我们将介绍波束成形的基本原理。

波束成形是通过调整天线阵列中每个天线的相位和振幅来控制信号的传播方向和功率分布。

通过优化天线阵列的参数，可以将信号能量聚焦在特定的方向上，从而提高信号的强度和可靠性。

波束成形的基本原理为信道估计和优化算法提供了基础。

其次，我们将探讨基于波束成形的信道估计算法。

信道估计是指在给定的环境下准确地推断信道特性的过程。

基于波束成形的信道估计算法通常利用天线阵列以及反馈信息来推断信道的特性。

常用的算法包括最小二乘法（Least Squares, LS）、最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE）等。

这些算法通过对接收信号进行统计分析，利用信号的特性来估计信道的参数。

同时，引入深度学习等技术也在信道估计中得到了广泛的应用。

第三，我们将讲解基于波束成形的信道优化算法。

信道优化算法旨在通过优化传输方案来提高信号的质量和传输效率。

常用的算法有基于蜂窝中心化的最大比例传输（Max-Min Fairness）、基于分布式约束的功率优化等。

这些算法结合了基于波束成形的信道估计结果，通过优化传输参数，使得信号的传输达到最佳状态。

此外，深度学习技术也被引入到信道优化算法中，通过对大量的数据进行训练和学习，优化算法能够自适应地调整波束形状和功率分配。

最后，我们将讨论基于波束成形的信道估计与优化算法的应用前景。

基于波束成形的信道估计与优化算法在5G通信中有着广泛的应用前景。

5G通信网络中的波束赋形技术研究随着数字化时代的到来，人们对于更高速、更可靠的无线通信需求日益增长，而5G通信网络的问世正是满足这一需求的重要里程碑。

作为5G通信网络的核心技术之一，波束赋形技术正发挥着至关重要的作用。

本文将探讨5G通信网络中的波束赋形技术研究，包括其定义、原理、应用以及未来发展趋势。

首先，我们来了解波束赋形技术的定义。

波束赋形技术是一种通过调整天线信号发射和接收的方向性来增强信号传输性能的技术。

与传统的全向性天线相比，波束赋形技术可以将信号能量集中在特定的方向上，从而提高信号强度和传输速率。

这项技术能够改善信号传输的可靠性、减少信号干扰以及提高系统容量。

波束赋形技术的原理基于多输入多输出（MIMO）系统和数字信号处理（DSP）技术。

MIMO系统利用多个发射和接收天线来实现空间多样性，并通过DSP对信号进行处理和优化。

通过对接收天线的加权和相位调整，波束赋形技术能够使发射的信号束形成一束狭窄而集中的波束，从而将信号能量有效地传递到目标接收器上。

在5G通信网络中，波束赋形技术具有广泛的应用前景。

首先，它可以用于室内和室外网络中的移动通信。

通过将波束赋形技术应用于基站和用户设备，可以实现更高的数据传输速率和更稳定的网络连接质量，改善用户体验。

此外，波束赋形技术还可以在蜂窝网络中提供更好的覆盖范围和容量，使得5G网络能够支持更多的用户和设备连接。

其次，波束赋形技术在无人驾驶、智能城市和物联网等领域也有广泛的应用潜力。

无人驾驶车辆需要实时高速的数据传输和低延迟的通信，而波束赋形技术可以提供可靠的通信连接，确保安全和精准的无人驾驶体验。

智能城市中的各种设备和传感器也需要高效的通信方式，波束赋形技术可以满足这一需求，并为智能交通、智能照明等领域带来更好的连接质量。

此外，波束赋形技术还可以应用于人机交互，实现更智能化的用户体验。

对于波束赋形技术的未来发展，有几个方面值得关注。

首先是多用户多输入多输出（MU-MIMO）技术的发展。