数字多波束形成的MATLAB仿真

1、 数字多波束形成的MATLA仿真 1 引言 雷达数字波束形成 (Digital Beam Forming , DBF)技术 是将数字信号处理引入到相控阵雷达天线波束形成原理的一门 新技术。 随着数字器件的快速发展， 在雷达末端信号处理中进行 数字幅相加权从而形成合成波束已经成为现实。 和传统的微波移 相器波束形成技术相比， 数字波束形成技术有许多优点： 能产生 多个独立的可控波束， 并不会损害信噪比； 因波束控制是无惯性 的，可瞬时实现同时多波束、顺序波束、单一波束和多种波束的 交替运用， 波束控制灵活多变； 进行相位加权的同时可以进行幅 度加权， 能得到高性能超低副瓣天线。 数字多波束形成技

2、术是在 数字波束形成的基础上同时产生多个独立的波束， 可以更方便地 完成自适应空域滤波和方向图控制。 通过数字多波束形成， 现代 相控阵雷达可以实现多目标跟踪、检测、成像等功能。 MATLA是一种强大的科学计算工具，是雷达工程技术人员 必不可少的工具。因此利用 MATLAE真数字多波束形成也是在 现代相控阵雷达系统设计中非常必要的。 本文在介绍了数字多波 束形成技术的原理后，重点讨论了MATLAB真数字多波束形成 的方法。 2 DBF 的基本概念 对于阵列天线， 波束形成的一种简单的运算结构是延迟加权 求和形成。假设从M处来的平面波入射到 N单元的线阵上，如图 1 所示。 当雷达的工作波长 入

3、确定后，只要调整阵元间距 d就可以 满足式 （ 3） ，从而不出现栅瓣。 一般扫描角度都不会超过 60， 所以为了避免出现栅瓣，通常取 d/入w0.5。 图 2 给出了 24 个阵元，阵元间距 0.5 波长，扫描角度 30 的数字波束形成天线方向图。 数字波束形成时， 可以将回波信号视为阵列信号。 其中波达 方向信息是由载波相位项表示的， 与信号波形无关。该阵列信 号可以写成 为了得到数字波束形成的方向图， 获得最大的输出响应， 需 要对各路复数信号进行复数相加权， 即与权系数的共轭相乘， 然 后求和，这样就可以得到系统的响应输出为 这样可以通过加权系数对阵列天线的方向图进行加权， 得到 符合

4、系统要求的天线特性。 加权系数在数字信号处理系统中一般 用窗函数表示，图 3 为常见窗函数的响应特性图。 3 数字多波束形成 数字多波束形成是基于数字波束形成技术的， 它将同时产生 多个波束。 但是每个波束因为波束指向角不同， 所以波束宽度不 同。 在法线方向， 天线波束是以法线轴向对称的， 所以在法线方 向的 3dB 波束宽度为 考虑到利用MATLAB仿真数字多波束形成，一般选取第一个 波束的扫描方向为0度方向即法线方向。其余波束相互3dB交叠， 即每个波束的3dB点相交。那么在确定第一波束的时候，就应该 确定下一个波束。 接下来推导如何确定波束位置。图 4 是两个波 束3dB交叠的示意图。

5、 通过在扫描范围内的角度可以找出使式 （10）两边相等的角 度，这个角度即为x2。这样就可以通过前一个波束扫描角度推 算出下一个波束扫描角度。一般设置第一个波束扫描角度为 0 度，通过递推的方法就可以得到每一个扫描角度。 4 MATLAB仿真数字多波束形成 通过上述推导，可以得出 MATLAB真数字多波束形成的流 程图，如图 5 所示。 首先，设置天线阵列个数、 天线单元间距和扫描范围等初始 参数；根据这些参数就可以仿真出法线方向的波束扫描方向图， 然后利用式（ 10），在扫描范围内找出下一个波束扫描位置；判 断这个波束位置是否超出初始设置的扫描范围， 如果超出即结束 仿真，不超出则仿真出这个波束的方向图。 重复上述步骤就可以 得到初始设置的数字多波束形成仿真。 禾U用图5的流程，可以得到 MATLAB真代码如下： function dbfn （N， d， fanwei ）