数字波束形成
数字波束形成器
数字波束形成器数字波束形成器是一种基于数字信号处理的技术，用于改善无线通信系统的传输性能和覆盖范围。
它利用多个天线和数字信号处理算法，将发射信号聚焦在特定方向上，从而增加信号传输的距离和质量。
数字波束形成器的原理是通过改变天线的辐射模式，使发射信号在特定方向上形成一个波束。
传统的天线系统往往是全向辐射的，信号在所有方向上均匀发射。
而数字波束形成器通过对每个天线的信号进行加权和相位调整，使得信号在特定方向上相干叠加，形成一个强大的波束，从而提高信号的传输效果。
数字波束形成器的优势在于它可以针对不同的传输场景和要求进行灵活的调整。
通过调整天线的权重和相位，可以改变波束的形状、方向和宽度，适应不同的传输环境。
例如，在城市中心区域可以采用狭窄的波束，以增加信号的穿透能力和抗干扰能力；而在郊区或乡村地区，可以采用宽波束，以增加信号的覆盖范围。
数字波束形成器的另一个重要应用是多用户的空分多址技术。
在传统的无线通信系统中，多个用户之间的信号会相互干扰，降低信号质量。
而数字波束形成器可以通过对每个用户的信号进行加权和相位调整，将不同用户的信号分别聚焦在不同方向上，从而减小互相之间的干扰，提高系统的容量和效率。
除了在无线通信系统中的应用，数字波束形成器还可以用于雷达系统、声纳系统等领域。
在雷达系统中，数字波束形成器可以提高目标探测的距离和精度，同时减小背景杂波和干扰的影响。
在声纳系统中，数字波束形成器可以提高目标定位和跟踪的精度，同时减小传感器之间的互相干扰。
数字波束形成器是一种利用数字信号处理技术改善无线通信系统传输性能和覆盖范围的重要工具。
它通过对天线信号进行加权和相位调整，实现了信号的聚焦和方向性辐射。
数字波束形成器不仅可以提高信号的传输距离和质量，还可以减小信号间的干扰，提高系统的容量和效率。
随着无线通信技术的不断发展，数字波束形成器将在更多的应用场景中发挥重要作用，推动无线通信系统的进一步发展和创新。
数字波束形成
阵列信号处理是将一组传感器按照一定的规则布置在空间的不同位置,组成 传感器阵列,利用传感器阵列对接收到的空间信号进行空域或者空时多维处理的 方式,以增强有用目标信号,抑制无关干扰和噪声信号,提取信号的相关特征,估计 信号的参数。与传统单个传感器的一维信号处理相比,阵列信号处理具有更为灵活 的波束指向控制,更高的输出信号处理增益,更为精确的空间分辨率等优点,因此 阵列信号处理得到了很大的发展,应用领域不断扩大,现已成功应用于雷达和声纳 目标检测、无线通讯、射电天文、生物医学、地震探测等诸多工程领域[10]。
This paper introduces the principle of digital beam forming technology, the signal model of beam forming was presented, And the digital beam forming algorithm under the three calculation criterion was simulated by MATLAB, theoretical analysis and simulation results show that the three algorithms can achieve beamforming, and made some comparison between the three algorithms. At the same time, made some study about the adaptive narrow-band signal beam forming algorithm. Learned and Simulateded the LMS algorithm base on minimum mean square error criterion and RLS algorithm and MVDR algorithm, and do some comparison
MIMO雷达中数字波束形成的原理和实现方法
MIMO 雷达中数字波束形成的原理和实现方法摘要：高测角精度是雷达的重要指标之一，数字波束形成在MIMO 雷达是提升测角精度的关键，而数字波束形成中雷达系统的发射波束指向精度以及旁瓣的宽度是影响数字波束形成的关键。
本文分析了在MIMO 雷达中波束形成的的原理，并依据实际MIMO 雷达系统模型做出了仿真分析，有很好的波束指向性和旁瓣抑制能力。
关键字：MIMO 雷达；数字波束形成；波束指向；旁瓣抑制；1.引言数字波束形成技术是建立在模拟波束形成的基础上发展起来的，它融合了数字信号处理的方法，利用波束形成可以获得良好的波束指向性，可以更好的形成波束改善角度分辨率，还可以形成独立的可控的多波束，并有良好的低副瓣性能。
数字波束成形指把阵列天线输出的信号进行A/D 转换器后送到数字波束形成的处理单元，完成对各路的加权处理，形成所需的波束。
2.数字波束形成的基本原理在阵列天线上采用控制不同天线相移量的方法来改变各阵元发射信号的相位，从而实现波束的形成与扫描。
图1就是阵列天线的示意图。
图1 N 元阵列天线图上图所示，有N 个阵元天线，其相邻阵元天线的间距为d 。
假设每一个阵元的辐射都是点辐射，且无方向性，所有阵元的都是等幅度的，移相器的相依量依次从φ至φ)1(-N 。
我们不妨分析偏离法线方向θ处一点，近似看作很远，忽略距离上引起的幅度差，来描述在该点的场强)(θ∑E ，则∑-=-∑=10)(0)()(N k jk e E E φφθθ （1） 上式中，θλπφsin 20d =指由于波程差导致的相邻阵元的相位差，θ为波束的指向角，φ为相邻阵元移相器的相位差，运用数学知识将式（1）化简为(N-1)21N-1 2 0 1 ....... 0移相器θθsin d)](21[00)()(000)](21sin[)](2sin[)(11)()(φφφφφφφφφφθθθ----∑--=--=N j j jN e N E e e E E （2） 对式（2）进行归一化可得)](21[00)()(000)](21sin[)](2sin[)(11)()(φφφφφφφφφφθθθ----∑--=--=N j j jN e N E e e E E )](21sin[)](2sin[1)()()(00max φφφφθθθ--==∑∑N N E E F （3） 由式（3）可知，当0=φ时，也就是各阵元都是等幅等相时，0=θ时，对应的1)(=θF ，实际上对应的最大方向图在阵列法线方向。
雷达数字波束形成技术
雷达数字波束形成技术是一种在雷达系统中应用的技术，其目的是提高雷达的性能和抗干扰能力。
数字波束形成技术（DBF）在雷达系统中能够实现超分辨和低副瓣性能，方便后续进行阵列信号处理，以获得优良性能。
它通过保存天线阵列单元信号的全部信息，并采用先进的数字信号处理技术对阵列信号进行处理，实现波束扫描和自适应波束形成等。
在雷达通信电子战领域，数字波束形成技术也常被应用。
例如，它可以通过形成单个或多个独立可控的波束，不损失信噪比的情况下，实现增强特定方向的信号功率并抑制其它方向的干扰信号。
然而，数字波束形成技术也存在一些问题。
例如，当合成波束较多时，其需要大量的运算资源，对硬件的要求极高。
数字波束形成PPT课件
Nd
(sin
s in 0
)
N
sin
1 2
(
)
N
sin
d
(sin
sin0 )
第3章 连续波雷达
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
–天线照射方向q0由移相器的相移量j 决定 –在q0方向，各阵元辐射场由波程差引起的相位
差正好抵消移相器引入的相位差，各分量同相
相加获最大值，F(q0)=1 –改变j 值，就可改变波束指向角q0 ，从而形成
相扫基本原理
• 相扫基本原理（续）
–各阵元在q方向远区某点辐射场的场强矢量和为
E( ) E0 E1 Ei EN 1
–等幅馈电时，各阵元在该点辐射场的振辐为E。
以0号阵元为相位基准，则
E( )
N 1
E e jk ( )
E
sin
N 2
(
)
ej
N 1( 2
)
k 0
sin
1 2
(
)
l2
相 加 波导
多波束形成技术
波束2 波束1
波 束 2相 加
射频延迟线多 波束形成系统
波 束 1相 加
波束1 接收机
波束2 接收机
波
束
高度
选
计算机
择
显示器
器
第3章 连续波雷达
• 多波束形成技术（续）
多波束形成技术
1 23
本振
混频 中放
混频 中放
混频
中放 波束1
抽
中频延迟多波
头
束形成系统
延 迟
线
波束2 波束3
d
1
| sin sin 0 |
数字波束形成dbf原理
数字波束形成（Digital Beamforming，DBF）是一种电子扫描技术，它可以通过合理的信号处理算法，将天线阵列接收到的来自不同方向的信号加以加权合成，形成一个“虚拟”的波束，从而实现对目标的有效探测和跟踪。
数字波束形成技术在雷达、卫星通信、无线电通信等领域得到了广泛应用。
数字波束形成的原理主要包括以下几个步骤：
1、信号采集：将天线阵列接收到的来自不同方向的信号采集下来。
2、信号预处理：对采集到的信号进行一些预处理，如去除噪声、校正失配等，以提高信号质量。
3、信号转换：将采集到的模拟信号转换为数字信号。
4、波束形成：根据天线阵列的空间结构和信号处理算法，对不同方向的信号进行加权合成，形成一个“虚拟”的波束，从而实现对目标的有效探测和跟踪。
5、信号解调：将合成的信号解调后得到目标信息，如目标位置、速度等。
6、显示输出：将目标信息进行显示和输出。
数字波束形成技术的关键在于波束形成算法的设计和优化，常用的算法包括波束赋形算法、最小方差无失真响应算法、阵列信号处理算法等。
这些算法可以根据具体的应用场景和性能要求进行选择和调整，以达到最佳的波束形成效果。
数字波束形成解模糊技术的研究与实现的开题报告
数字波束形成解模糊技术的研究与实现的开题报告
一、研究背景及意义
数字波束形成技术广泛应用于雷达、无线通信等领域，能够实现方向性较强的信号接收和传输，并且可以消除多径效应，提高信号的可靠性。
数字波束形成可以达到避免高速运动平台中的信号畸变和降噪的作用，应用效果非常显著。
数字波束形成解模糊技术是数字波束形成技术的核心部分之一，对于提高雷达及通信系统的性能和应用范围具有重要意义。
二、研究内容及目标
本论文将针对数字波束形成解模糊技术进行深入研究，主要内容包括：
1. 数字波束形成技术的基础理论及相关算法
2. 数字波束形成解模糊的原理及方法
3. 解模糊的性能参数分析和优化研究
本文的研究目标主要是：
1. 实现数字波束形成解模糊技术的相关算法
2. 验证解模糊技术在信号接收和传输中的实际效果
3. 分析解模糊技术的性能，进一步优化相关指标。
三、研究方法及流程
本研究主要采用实验与理论相结合的方法，包括以下步骤：
1. 深入研究数字波束形成解模糊技术的原理、方法及相关算法。
2. 设计实验平台，采集实际信号，利用MATLAB等数学软件进行数据处理，测试解模糊的性能指标。
3. 利用实验结果不断优化解模糊技术，并对其性能进行分析。
四、预期结果及意义
本研究的预期结果为：
1.实现数字波束形成解模糊技术，并进行实验验证。
2.分析解模糊技术的性能指标，包括抗噪性能、解析精度等。
3.对数字波束形成解模糊技术的应用和发展趋势进行归纳总结。
该研究对于提高雷达、无线通信等领域系统的性能，进一步扩大应用范围，促进技术进步，具有重要意义。
数字波束形成(DBF)
则相应的阵输入的复基带信号矢量为
L
xs (n) sl (n)a(l , l ) l 1
a(1,1),
s1(n)
,
a(
L
,
L
)
sL (n)
As(n)
(9.2.10)
阵列对信号的方向矩阵 A a((11,,11)),, a((LL,,LL))
信号矢量 s(n) [s1(n),,sL(n)]T
7
带噪声的阵输入矢量可写成：
x(n) xs (n) n(n) As(n) n(n)
x(n) sl (n)a((ll ,,ll)) n(n) l
n(n) [n1(n),, nM (n)]T
E ni (n)n*j (n)
2
0
i j i j
8
对于间距为d的M元均匀线阵，
第m阵元的位置矢量为
2
§9.1数字波束形成(DBF)概述
9.1.1 波束形成
时域滤波器 在通带频率范围内通过需要信号， 在阻带频率范围内滤除或抑制不需要信号或干扰。
时间频率滤波器频率响应H(f) 当输入为等幅正弦波时滤波器输出与时间频率f的关系
。
3
在空域滤波中，对应于时间频率的空间频率为 1 sin
时间频率滤波器对应于空间频率滤波器，空域滤波器。
相移
( ,
)
m ( ,
)
(
/
c)rmTβ( ,
)
2
rmTk( ,
)
(9.2.3b)
k((,)) k β((,) 2 β((,)) (9.2.4)
5
s(t m ( ,)) s(t)
式(9.2.2)可表示为： xsm (t) s(t)e e jt jm ((,))
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主要缩略语表
英文缩 写
英文全称
中文释义
DBF
Digital Beamforming
数字波束形成
ADBF
Adaptive Beamforming
Digital 自适应波束形成
FIR
Finite Impulse Response
有限脉冲响应
LCMV
Linearly Constrained Minimum Variance
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
ABSTRACT
With 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。It is the core of the smart antenna technology in wireless communication too。
线性约束最小方差
LMS
Least Mean Square
最小方差
INR
Interference to Nosie Ratio 干扰信噪比
MMSE SNR
Minimum Mean Square Error Signal to Noise Ratio
最小均方误差 信噪比
MVDR RLS
Minimum
Variance
第 3 章 最优波束形成准则............................ 错误!未定义书签。 最小均方误差准则................................. 错误!未定义书签。 最大信噪比准则................................... 错误!未定义书签。 线性约束最小方差（LCMV）准则..................... 错误!未定义书签。 仿真结果......................................... 错误!未定义书签。 mmse 准则下的仿真 ............................. 错误!未定义书签。 MSNR 准则下的仿真 ............................. 错误!未定义书签。 LCMV 准则下的仿真 ............................. 错误!未定义书签。 三种准则的对比................................... 错误!未定义书签。 本章总结.......................................... 错误!未定义书签。
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。
第 4 章 自适应波束形成算法.......................... 错误!未定义书签。 经典自适应波束形成算法........................... 错误!未定义书签。 最小均方(LMS)算法................................ 错误!未定义书签。 递归最小二乘（RLS）算法.......................... 错误!未定义书签。 最小方差无畸变响应(MVDR)......................... 错误!未定义书签。 经典自适应算法的仿真............................. 错误!未定义书签。 LMS 算法的仿真 ................................ 错误!未定义书签。 RLS 算法仿真 .................................. 错误!未定义书签。 MVDR 算法仿真 ................................. 错误!未定义书签。 三种算法比较.................................. 错误!未定义书签。
Key Words:DBF, ADBF, Smart antenna, The minimum mean square error, The maximum signal to noise ratio
目录
第 1 章 绪论........................................ 错误!未定义书签。 背景介绍.......................................... 错误!未定义书签。 数字波束形成在国内外的发展及现状.............. 错误!未定义书签。 展望.......................................... 错误!未定义书签。 论文内容...................................结.......................................... 错误!未定义书签。 第 5 章 完成的工作.................................. 错误!未定义书签。
总结.............................................. 错误!未定义书签。 存在的问题与解决方法............................. 错误!未定义书签。 参考文献 ............................................ 错误!未定义书签。 致谢 ................................................ 错误!未定义书签。 外文资料原文 ........................................ 错误!未定义书签。 外文资料译文 ........................................ 错误!未定义书签。
阵列信 号处 理主 要研 究内容 包括 数字 波束 形成 (DBF) 和自 适应 波束形成 （ADBF）等。ADBF 技术又称为自适应空域滤波,通过对各阵元输入信号自适应加权 以实现空域自适应滤波,ADBF 技术可以有效增强有用信号,抑制干扰和噪声信号, 具有极其重要的理论意义和工程应用价值,本文的研究也正围绕此方面展开。
阵列信号处理是将一组传感器按照一定的规则布置在空间的不同位置,组成 传感器阵列,利用传感器阵列对接收到的空间信号进行空域或者空时多维处理的 方式,以增强有用目标信号,抑制无关干扰和噪声信号,提取信号的相关特征,估计 信号的参数。与传统单个传感器的一维信号处理相比,阵列信号处理具有更为灵活 的波束指向控制,更高的输出信号处理增益,更为精确的空间分辨率等优点,因此 阵列信号处理得到了很大的发展,应用领域不断扩大,现已成功应用于雷达和声纳 目标检测、无线通讯、射电天文、生物医学、地震探测等诸多工程领域[10]。
This paper introduces the principle of digital beam forming technology, the signal model of beam forming was presented, And the digital beam forming algorithm under the three calculation criterion was simulated by MATLAB, theoretical analysis and simulation results show that the three algorithms can achieve beamforming, and made some comparison between the three algorithms. At the same time, made some study about the adaptive narrow-band signal beam forming algorithm. Learned and Simulateded the LMS algorithm base on minimum mean square error criterion and RLS algorithm and MVDR algorithm, and do some comparison