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射频(RF)单通道数字波束形成阵列天线属于阵列天线的一种。此类天线不但拥有数字波束形成阵列天线的优异性能,而且可以有效减少天线系统的整体成本和功耗,可广泛应用于现代雷达、通信和导航等系统中。与其它方法比较,用时序相位权重(TSPW)的方法来实现这种天线有许多优点。本文围绕基于时序相位权重的单射频通道数字波束形成阵列天线中目前存在的两个关键技术问题:运动补偿和实时处理进行研究,其主要创新点如下:1.提出基于时间回溯的插值重排运动补偿算法:通过分析所研究天线的结构,提出可以采用的两种单射频通道信号采样方式。结合回波信号统计模型和单射频通道信号采样方式,分析了运动补偿问题产生的原因,总结了运动补偿算法的适用范围。最后结合前面提出的单射频通道信号采样方式和回波信号统计模型,提出了一个用于克服已有运动补偿算法不足的基于时间回溯的插值重排运动补偿算法。本章部分内容已在Asia-Pacific Microwave Conference(APMC)上发表。2.提出单射频通道嵌套MIMO阵列天线及相应的信号处理算法以解决单射频通道大规模阵列实时处理问题:从增加阵列整体自由度的角度出发,提出了一种单射频通道嵌套MIMO阵列天线。该阵列由发射和接收两组天线构成。分别为一个多通道MIMO发射阵列和一个TSPW单射频通道接收阵列。其中,.发射和接收天线的阵元位置具有精确的闭式解。该单射频通道嵌套MIMO阵列可以利用O(N)个物理阵元来提供O(2N2)自由度。由于该阵列的自由度与接收天线单元个数不是线性比例关系,因此单通道信号采样次数也不会像常规TSPW单射频通道阵列那样随着阵列自由度的增加而线性增加,等价于解决了实时性问题。本章部分内容已在Sensors上发表。3.提出空时二维压缩感知单射频通道阵列天线及相应的信号处理算法以解决单射频通道大规模阵列实时处理问题:从降低阵列信号的采样率角度出发,提出了空时二维压缩感知单通道阵列天线及信号处理算法。通过利用阵列信号的稀疏性,分别在空域和时域对阵列信号进行压缩采样以减少采样阵元个数和单通道采样次数,然后利用稀疏信号重构算法获得原始阵列信号。数值仿真实验表明,对于一个阵列口径为80λ的阵列,当目标个数小于等于6且信噪比大于等于15dB时,空时二维压缩感知单通道阵列天线的天线单元数目和单通道采样次数可以比常规TSPW单通道阵列分别减少63.1%和84.4%。本章部分内容已在IEEE Access上发表。4.提出一种基于联合字典的压缩感知单射频通道阵列天线及相应的信号处理算法以同时解决运动补偿和实时性问题:从分析阵列信号的二阶稀疏特性入手,提出了一种新的称为单通道阵列信号的信号表示方法。利用该单通道阵列信号的二阶稀疏特性来解耦包含在其中的目标的角度和速度信息,从而恢复出原始阵列信号。所提出的信号处理算法无论目标是否运动,均可获得正确的原始阵列信号,等价于解决了常规TSPW单射频通道阵列面临的运动补偿问题。同时,在速度检测性能相同的情况下,该单通道阵列所需的单通道采样次数是常规TSPW单通道阵列的1/N,因此也等价于解决了实时性问题。本章部分内容已在EURASIP Journal on Advances in Signal Processing上发表。所提出的创新性关键技术,由于其稳健性和实用性,已成为正在进行的xxxx前沿创新项目“基于非传统xxxx技术研究”的一个重要基础。