2022年Matlab波束形成程序 .pdf
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1、波束形成与智能天线1.均匀线阵方向图%8 阵元均匀线阵方向图,来波方向为0 度clc; clear all; close all; imag=sqrt(-1); element_num=8;%阵元数为8 d_lamda=1/2;% 阵元间距 d 与波长 lamda 的关系theta=linspace(-pi/2,pi/2,200); theta0=0;%来波方向w=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta0)*0:element_num-1); for j=1:length(theta) a=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*0:ele
2、ment_num-1); p(j)=w*a; end figure; plot(theta,abs(p),grid on xlabel(theta/radian) ylabel(amplitude) title(8 阵元均匀线阵方向图) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 31 页 - - - - - - - - - 当来波方向为 45 度时,仿真图如下:8 阵元均匀线阵方向图如下,来波方向为0 度, 20log(dB)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
3、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 31 页 - - - - - - - - - 随着阵元数的增加,波束宽度变窄,分辨力提高:仿真图如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 31 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -
4、- - 第 4 页,共 31 页 - - - - - - - - - 2. 波束宽度与波达方向及阵元数的关系clc clear all 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 31 页 - - - - - - - - - close allima=sqrt(-1); element_num1=16; %阵元数element_num2=128; element_num3=1024; lamda=0.03; %波长为 0.03 米d=1/2*lamda; %阵元间距与
5、波长的关系theta=0:0.5:90; for j=1:length(theta); fai(j)=theta(j)*pi/180-asin(sin(theta(j)*pi/180)-lamda/(element_num1*d); psi(j)=theta(j)*pi/180-asin(sin(theta(j)*pi/180)-lamda/(element_num2*d); beta(j)=theta(j)*pi/180-asin(sin(theta(j)*pi/180)-lamda/(element_num3*d); end figure; plot(theta,fai,r,theta,p
6、si,b,theta,beta,g),grid on xlabel(theta); ylabel(Width in radians) title( 波束宽度与波达方向及阵元数的关系) 仿真图如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 31 页 - - - - - - - - - 3. 当阵元间距时,会出现栅瓣,导致空间模糊。仿真图如下:/ 2d名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精
7、心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 31 页 - - - - - - - - - 4. 类似于时域滤波,天线方向图是最优权的傅立叶变换仿真程序和仿真图如下:clc clear all close all ima=sqrt(-1); element_num=32; %阵元数source_num=1; %信源数d_lamda=1/2; %阵元间距与波长的关系theta=linspace(-pi/2,pi/2,200); theta0=0; %来波方向w=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta0)*0:element_num-1); for j=1:length
8、(theta); a=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*0:element_num-1); p(j)=w*a; end figure; subplot(1,2,1) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 31 页 - - - - - - - - - plot(theta,abs(p),grid on xlabel(theta/radian) ylabel(amplitude) title(按定义的方向图 ) pfft=fftsh
9、ift(fft(w,128); subplot(1,2,2) plot(linspace(-pi/2,pi/2,128),abs(pfft),grid on xlabel(theta/radian) ylabel(FFT_amplitude) title(最优权的傅里叶变换 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 31 页 - - - - - - - - - 5. %最大信噪比准则方向图和功率谱clc; clear all; close all; ima=sq
10、rt(-1); element_num=8; %阵元数为 8 d_lamda=1/2; %间距为半波长theta=-90:0.5:90; %范围theta0=0; %来波方向theta1=20; %干扰方向L=512; %采样单元数for i=1:L amp0=10*randn(1); amp1=200*randn(1); ampn=1; s(:,i)=amp0*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-1); j(:,i)=amp1*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta1*pi/180)*0:element_num-1
11、); n(:,i)=ampn*(randn(element_num,1)+ima*randn(element_num,1); end Rs=1/L*s*s; %信号自相关矩阵Rnj=1/L*(j*j+n*n); %干扰+噪声的自相关矩阵V,D=eig(Rs,Rnj); %(Rs,Rnj)的广义特征值和特征向量D,I=sort(diag(D); %排序Wopt=V(:,I(8); %最优权矢量for j=1:length(theta) a=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*pi/180)*0:element_num-1); f(j)=Wopt*a; p(j)=a
12、*Rs*a+a*Rnj*a; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 31 页 - - - - - - - - - end F=20*log10(abs(f)/max(max(abs(f); P=20*log10(abs(p)/max(max(abs(p); subplot(121) plot(theta,F);grid on;hold on plot(theta0,-50:0,.);plot(theta1,-50:0,.) xlabel(theta/0);yl
13、abel(F in dB); title(max-SNR 方向图 ); axis(-90 90 -50 0); hold on subplot(122) plot(theta,P,r);grid on xlabel(theta/0);ylabel(功率 in dB); title(max-SNR 功率谱) 仿真图如下:6.%ASC 旁瓣相消 -MSE 准则clc;close all;clear all ima=sqrt(-1); M=32; %辅助天线的数目d_lamda=.5; theta0=-30; %来波方向名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
14、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 31 页 - - - - - - - - - theta1=60; %干扰方向L=512; %采样单元数s=zeros(1,512); %预划分一个区域for ii=1:L; amp0=1*randn(1); %信号的幅度随机产生,保证信号之间是不相关的amp1=200*randn(1); ampn=1; jam(:,ii)=amp1*exp(ima*2*pi*0.5*sin(theta1*pi/180)*0:M-1)+ampn*(randn(M,1)+ima*randn(M,1); %干扰+噪声s(
15、ii)=amp0*exp(ima*2*pi*0.5*sin(theta0*pi/180)+amp1*exp(ima*2*pi*0.5*sin(theta1*pi/180)+ampn*(randn(1,1)+ima*randn(1,1);%接收信号(信号 +干扰+噪声)s0(ii)=amp0*exp(ima*2*pi*0.5*sin(theta0*pi/180); end Rx=1/L*jam*jam; %噪声自相关矩阵,相当于X(t)r_xd=1/L*jam*s; Wopt=pinv(Rx)*r_xd; delta=s0-(s-Wopt*jam); delta1=abs(mean(delta.
16、2)-(mean(delta).2) %方差theta=linspace(-pi/2,pi/2,200); for jj=1:length(theta) a=exp(ima*2*pi*.5*sin(theta(jj)*0:M-1); f(jj)=Wopt*a; end F=20*log10(abs(f)/(max(max(abs(f); figure(1) plot(theta*180/pi,F),grid on,hold on plot(theta0,-50:0,.) plot(theta1,-50:0,.) xlabel(theta/o); ylabel(F/dB); title(MSE
17、准则下的方向图 ) axis(-90 90 -50 0);%可为 x 轴和 y 轴设置一个极限范围名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页,共 31 页 - - - - - - - - - 仿真图如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页,共 31 页 - - - - - - - - - 7. %线性约束最小方差 (LCMV) 准则clc
18、; clear all ; close all; ima=sqrt(-1); element_num=8; %阵元数d_lamda=1/2; %阵元间距与波长的关系theta=-90:0.5:90-0.3; %搜索范围theta0=0; %三个信号源的来波方向theta1=30; theta2=60; L=512; %采样单元数for i=1:L; amp0=10*randn(1); amp1=100*randn(1); amp2=10*randn(1); ampn=10; x(:,i)=amp0*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_nu
19、m-1)+. amp1*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta1*pi/180)*0:element_num-1)+. amp2*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta2*pi/180)*0:element_num-1)+. ampn*(randn(element_num,1)+ima*randn(element_num,1); end Rx=1/L*x* x; steer1=exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-1) steer2=exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta1*pi/180)*
20、0:element_num-1) steer3=exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta2*pi/180)*0:element_num-1) C=steer1 steer2 steer3; F=1 0 1; %把三个方向都作为来波方向名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页,共 31 页 - - - - - - - - - w=inv(Rx)*C*(inv(C*inv(Rx)*C)*F; for j=1:length(theta); a=exp(ima*2
21、*pi*d_lamda*sin(theta(j)*pi/180)*0:element_num-1); f(j)=w*a; p(j)=1/(a*inv(Rx)*a); end f=10*log10(abs(f)/(max(max(abs(f); figure(1) subplot(121) plot(theta,f),grid on,hold on plot(theta0,-20:0,.) plot(theta1,-20:0,.) plot(theta2,-20:0,.) xlabel(theta/o); ylabel(F/dB); title(Capon beamforming方向图 ) ax
22、is(-90 90 -20 0);%可为 x 轴和 y 轴设置一个极限范围P=10*log10(abs(p)/(max(max(abs(p); subplot(122) plot(theta,P),grid on,hold on plot(theta0,-20:0,.) plot(theta1,-20:0,.) plot(theta2,-20:0,.) xlabel(theta/o); ylabel(功率/dB); title(Capon beamforming功率谱 ) 仿真图如下:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
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