航空器重返大气层时,由于高速飞行的原因会使航空器周围的气体因高温而产生电离,再入航空器周围会包裹一层“外套”——等离子体鞘套,等离子体鞘套对导航信号有着严重的影响,严重时会造成再入体与地面站或卫星之间的通信中断,这种通信中断的现象称为“黑障”。为了减弱“黑障”对信号的影响,国内外学者做了大量钻研,波束形成技术的发展为解决“黑障”问题提供了可行性。利用多个天线单元组成的阵列天线来提高信号的接收增益,使接收机能在更低能量及信噪比条件下工作。在波束形成技术的应用中,如何解决等离子鞘环境下互耦和多径的误差影响成为了本文的研究重点。本文在国家自然科学基金“等离子鞘对卫星导航信号的影响与波束形成抑制方法的研究”的支持下对以上提出的问题进行研究。对互耦矩阵的Toeplitz结构特性进行分析,即以对角呈带状对称分布,利用这种特殊的矩阵特点进行矩阵变换同时结合改进的前后向空间平滑算法,提出了一种在等离子鞘条件下消除互耦误差影响的DOA(波达方向)估计算法。该算法在互耦误差存在的条件下解决秩亏损对定位精度的影响,仅需一维搜索得到入射信号的DOA。本文的主要内容如下:首先,详细介绍了阵列天线的数学模型并分析了互耦误差影响下的阵列模型,总结了解决互耦误差影响的各种方法的优缺点,针对等离子鞘环境造成的多径误差,选择了基于阵列信号处理的盲校准法,这种类型的算法在解决互耦误差影响的同时可以进行DOA估计,本文在DOA估计的过程中进行解相干处理以达到校正多径误差的目的。介绍了等离子鞘环境下多径效应产生的原因,并针对多径误差建立数学模型。通过对数学模型的分析可知,在等离子鞘造成的相干环境的条件下,一般的DOA估计算法由于秩损失的原因已经不能再有效地分辨来波方向。详细介绍了空间平滑类算法的原理和改进的空间平滑算法。对互耦误差和多径误差进行修正,获得等离子鞘环境下的阵列模型和协方差矩阵。分析互耦矩阵的Toeplitz结构特性对互耦矩阵进行变换,通过矩阵变换的方式将互耦系数独立出来,再进行简单的线性约束,将空间谱的极值问题转换为二次规划求解问题,减小了算法的计算量。用Matlab数值仿真软件对本文算法和其他不同算法进行仿真比较。从空间谱的仿真、测角精度的均方根误差比较、测角成功概率的比较等几个方面对本文算法进行评估,验证算法是否有效。在空间谱的仿真比较中可以明显地看出本文算法具有较尖锐的峰值,可以有效识别来波方向;在不同信噪比和不同快拍数情况下比较不同算法测角精度和成功概率,可以得出结论,本文算法的测角性能较为优良。最后,使用Ansoft三维数值仿真软件建立等离子鞘环境下的阵列三维模型。输入真实的飞行数据,模拟接收机在等离子鞘环境下的接收状态,用本文算法估计出的校准信息对阵列天线进行校正,通过对比校正前后的方向图验证了算法的有效性。实验设定了四种不同飞行高度下的飞行数据,阵列天线经过校准后主瓣均得到恢复和改善,可以证明该算法的一般性。