Matlab波束形成程序Word文档格式.docx

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ylabel（'

amplitude'

title（'

8阵元均匀线阵方向图'

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）

随着阵元数的增加，波束宽度变窄，分辨力提高：

仿真图如下：

2.波束宽度与波达方向及阵元数的关系

clc

clearall

closeall

ima=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;

%阵元间距与波长的关系

theta=0:

0.5:

90;

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））;

plot（theta,fai,'

r'

theta,psi,'

b'

theta,beta,'

g'

）,gridon

theta'

Widthinradians'

波束宽度与波达方向及阵元数的关系'

3.当阵元间距

时，会出现栅瓣，导致空间模糊。

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：

element_num=32;

source_num=1;

%信源数

%来波方向

w=exp（ima*2*pi*d_lamda*sin（theta0）*[0:

a=exp（ima*2*pi*d_lamda*sin（theta（j））*[0:

end

subplot（1,2,1）

按定义的方向图'

pfft=fftshift（fft（w,128））;

subplot（1,2,2）

plot（linspace（-pi/2,pi/2,128）,abs（pfft））,gridon

FFT_amplitude'

最优权的傅里叶变换'

5.%最大信噪比准则方向图和功率谱

%阵元数为8

%间距为半波长

theta=-90:

%范围

theta1=20;

%干扰方向

L=512;

%采样单元数

fori=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:

j（:

i）=amp1*exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta1*pi/180）*[0:

n（:

i）=ampn*（randn（element_num,1）+ima*randn（element_num,1））;

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

a=exp（ima*2*pi*d_lamda*sin（theta（j）*pi/180）*[0:

f（j）=Wopt'

p（j）=a'

*Rs*a+a'

*Rnj*a;

F=20*log10（abs（f）/max（max（abs（f））））;

P=20*log10（abs（p）/max（max（abs（p））））;

subplot（121）

plot（theta,F）;

gridon;

holdon

plot（theta0,-50:

0,'

.'

plot（theta1,-50:

theta/0'

FindB'

max-SNR方向图'

axis（[-9090-500]）;

subplot（122）

plot（theta,P,'

gridon

功率indB'

max-SNR功率谱'

6.%ASC旁瓣相消----MSE准则

clearall

M=32;

%辅助天线的数目

d_lamda=.5;

theta0=-30;

theta1=60;

%干扰方向

s=zeros（1,512）;

%预划分一个区域

forii=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

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（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））;

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.^2）-（mean（delta））.^2）%方差

forjj=1:

a=exp（ima*2*pi*.5*sin（theta（jj））*[0:

f（jj）=Wopt'

F=20*log10（abs（f）/（max（max（abs（f）））））;

figure

（1）

plot（theta*180/pi,F）,gridon,holdon

theta/o'

F/dB'

MSE准则下的方向图'

%可为x轴和y轴设置一个极限范围

7.%线性约束最小方差（LCMV）准则

clearall;

90-0.3;

%搜索范围

%三个信号源的来波方向

theta1=30;

theta2=60;

amp1=100*randn

（1）;

amp2=10*randn

（1）;

ampn=10;

x（:

）+...

amp1*exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta1*pi/180）*[0:

amp2*exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta2*pi/180）*[0:

ampn*（randn（element_num,1）+ima*randn（element_num,1））;

Rx=1/L*x*x'

steer1=exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta0*pi/180）*[0:

steer2=exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta1*pi/180）*[0:

steer3=exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta2*pi/180）*[0:

C=[steer1steer2steer3];

F=[101]'

%把三个方向都作为来波方向

w=inv（Rx）*C*（inv（C'

*inv（Rx）*C））*F;

f（j）=w'

p（j）=1/（a'

*inv（Rx）*a）;

f=10*log10（abs（f）/（max（max（abs（f）））））;

plot（theta,f）,gridon,holdon

plot（theta0,-20:

plot（theta1,-20:

plot（theta2,-20:

Caponbeamforming方向图'

axis（[-9090-200]）;

P=10*log10（abs（p）/（max（max（abs（p）））））;

plot（theta,P）,gridon,holdon

功率/dB'

Caponbeamforming功率谱'

8.%Caponbeamforming

Clc;

%干扰方向

L=1000;

%信号的幅度随机产生，保证信号之间是不相关的

amp2=200*randn

（1）;

ampn=3;

R=inv（Rx）;

steer=exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta0*pi/180）*[0:

w=R*steer/（steer'

*R*steer）;

%Capon最优权矢量

*R*a）;

P=20*log10（abs（p）/（max（max（abs（p）））））;

%此处是功率的对数形式

Figure;

plot（theta,F）,gridon,holdon

plot（theta2,-50:

plot（theta,P）,gridon

9.%不同方法估计协方差矩阵的Capon波束形成

theta1=50;

%采样单元数

amp1=50*randn

（1）;

ampn=0.5;

i）=ampn*exp（ima*2*pi*randn

（1）*[0:

Rx=1/L*（s+j+n）*（s+j+n）'

%接收信号自相关矩阵

Rnj=1/L*（j+n）*（j+n）'

%干拢+噪声的自相关矩阵

e=exp（ima*2*pi*d_lamda*sin（theta0*pi/180）*[0:

%来波方向信号

Wopt_Rx=inv（Rx）*e/（e'

*inv（Rx）*e）;

%采用接收信号的权矢量

Wopt_Rnj=inv（Rnj）*e/（e'

*inv（Rnj）*e）;

%采用干拢+噪声信号的权矢量

f1（j）=Wopt_Rx'

f2（j）=Wopt_Rnj'

F1=20*log10（abs（f1）/max（max（abs（f1））））;

F2=20*log10（abs（f2）/max（max（abs（f2））））;

plot（theta,F1,theta,F2,'

）,gridon;

F（1,2）/dB'

不同方法估计协方差矩阵的Capon波束形成'

10．%多点约束的Capon波束形成和方向图

0.3:

theta2=50;

Rx=zeros（element_num,element_num）;

%产生协方差矩阵

amp1=10*randn

（1）;

amp2=50*randn

（1）;

namp=0.5*randn

（1）;

%噪声的幅度随机产生，保证噪声与信号之间是不相关的

J（:

）+...

namp*exp（ima*2*pi*randn

（1）*[0:

i）;

%表示接收信号

Rx=Rx+1/L*x*x'

w=amp0*exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta0*pi/180）*[0:

amp2*exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta2*pi/180）*[0:

amp1*exp（ima*2*pi*1/2*sin（theta1*pi/180）*[0:

F=10*log10（abs（f）/max（max（f）））;

%取对数的方向图

P=10*log10（abs（p）/max（max（p）））;

%取对数的功率谱估计

caponbeamforming方向图'

P/dB'

caponbeamforming功率谱'

大作业

%自适应波束形成方向图

c=3e8;

f=500e6;

lamda=c/f;

theta1=45;

amp2=100*randn

（1）;