Matlab波束形成程序

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 8d_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:element_n

2、um-1'); p(j)=w'*a;endfigure;plot(theta,abs(p),grid onxlabel('theta/radian')ylabel('amplitude')8阵元均匀线阵方向图三三二一 4/三4 TOJpm-dEEtitle('8阵元均匀线阵方向图)5-1-0.500511.52that a/radiBTi765P言4后3B阵元均匀线阵方向图.来波方向为45度IL .1.-11 :10. W八Al-LrfV?-15-9 500 51th«Ld/iddidn152当来波方向为45度时，仿真图如下:8

3、阵元均匀线阵方向图如下，来波方向为0度，20log (dB)Word资料阵元均匀线阵方向圉.来波方向为口度10.500.5theta/radon1152一 L L L L L H J 2 0b05050505 0 -1-1-2-3-1-4上-5琳 £3pc=dFE随着阵元数的增加，波束宽度变窄，分辨力提高：仿真图如下:40N=32:j1t30-IT：12010qi1., 卜-x tqr ._L“A'1rLy!-16-0 50that 却 radian05115Word 资料2 . 波束宽度与波达方向及阵元数的关系clcclear allclose all ima=sqrt(-

4、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;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

5、)*pi/180-asin(sin(theta(j)*pi/180)-lamda/(element_num3*d); end figure;plot(theta,fai,'r',theta,psi,'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：波束宽度与波达方向及阵元数的关系L!L.N-1 N-128N=1024/ J./iX/ /,/_1J-1-9070

6、3.当阵元间距 d/2时，会出现栅瓣，导致空间模糊。仿真图如下:IjeM为0.4音波长.4010theta/radian5 0 5 0 5 12 2 3s a " S 匚一若.JH-dEEmp-EHP-l = -dEra012theta'racianWord资料Word 资料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：clcclear allclose allima=sqrt(-1);%阵元数%信源数%阵元间距与波长的关系element_num=32;source_num=1;d_lamda=1/2;theta=linspace(-pi/2,p

7、i/2,200);%来波方向theta0=0;w=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta0)*0:element_num-1');for j=1:length(theta);a=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*0:element_num-1');p(j)=w'*a;endfigure;subplot(1,2,1)plot(theta,abs(p),grid onxlabel('theta/radian')ylabel('amplitude')title(' 按定义的方向图

8、')pfft=fftshift(fft(w,128);subplot(1,2,2)plot(linspace(-pi/2,pi/2,128),abs(pfft),grid onxlabel('theta/radian')ylabel('FFT_amplitude')title(' 最优权的傅里叶变换')投定义的方向图th&ta/raian最优权的傅里叶变换353016 -10口thet a/radian5. %最大信噪比准则方向图和功率谱clc;clear all;Word资料close all;ima=sqrt(-1);elem

9、ent_num=8;d_lamda=1/2;theta=-90:0.5:90;theta0=0;theta1=20;L=512;for i=1:L%阵元数为 8%间距为半波长%范围%来波方向%干扰方向%采样单元数Word 资料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');n(:,i

10、)=ampn*(randn(element_num,1)+ima*randn(element_num,1);end%信号自相关矩阵Rs=1/L*s*s'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'*

11、a;p(j)=a'*Rs*a+a'*Rnj*a;endF=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 onplot(theta0,-50:0,'.');plot(theta1,-50:0,'.')xlabel('theta/0');ylabel('F in dB');title('max-SNR 方向图 ');axis(-90 90 -50

12、 0);hold onsubplot(122)plot(theta,P,'r');grid onxlabel('theta/0');ylabel(' 功率 in dB');title('max-SNR 功率谱 ')仿真图如下：nnax-SMI-4 方向图.片门0 th由扫，口6. %ASC旁瓣相消-MSE准则clc;close all;clear allima=sqrt(-1);M=32;d_lamda=.5;theta0=-30;theta1=60;%辅助天线的数目%来波方向%干扰方向%采样单元数L=512;s=zeros(1,

13、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(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*ra

14、ndn(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);endRx=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.A2)-(mean(delta).A2)% 方差theta=linspace(-pi/2,pi/2,200);for jj=1:length(theta)Word 资料a=exp(ima*2*pi

15、*5*sin(theta(jj)*0:M-1');f(jj)=Wopt'*a;endF=20*log10(abs/(max(max(abs(f);figure(1)plot(theta*180/pi,F),grid on,hold onplot(theta0,-50:0,'.')plot(theta1,-50:0,'.')xlabel('theta/o');ylabel('F/dB');title('MSE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仿真图

16、如下：MSE准则下的方向图W0rd 资料二:Lr 711-I9IJNIN4*Ijii!JbIU*liIII*IIiltIIIptl>-sol_I11_：_111：L-80书 QTO -200204060 SOtheta/o7. %线性约束最小方差(LCMV) 准则clc;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%三个信号源的来波方向%采样单元数theta0=0;theta1=30;theta2=60;L=512;for i=1:

17、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_num-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(el

18、ement_num,1);endRx=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)*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w=inv(Rx)*C*(inv(C'*inv(

19、Rx)*C)*F;for j=1:length(theta);a=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*pi/180)*0:element_num-1');f(j)=w'*a;p(j)=1/(a'*inv(Rx)*a);endf=10*log10(abs(f)/(max(max(abs(f);figure(1)subplot(121)plot(theta,f),grid on,hold onplot(theta0,-20:0,'.')plot(theta1,-20:0,'.')plot(theta2,-20:

20、0,'.')xlabel('theta/o');ylabel('F/dB');title('Capon beamforming 方向图 ')axis(-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,'.&

21、#39;) xlabel('theta/o');ylabel(' 功率 /dB');功率谱 ')title('Capon beamforming仿真图如下：Word 资料Capon b日amfiomning功率谱Oi1tr*I4 -301111-100-50050100theta/oWord资料8. %Capon beamformingClc;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;%范围theta0=0

22、;%来波方向theta1=20;%干扰方向theta2=60;%干扰方向L=1000;%采样单元数for i=1:L;amp0=10*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);amp2=200*randn(1);ampn=3;x(:,i)=amp0*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-1')+.amp1*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta1*pi/180)*0:element_num-1')+.amp2*exp(ima*2*pi*1/2*s

23、in(theta2*pi/180)*0:element_num-1')+.ampn*(randn(element_num,1)+ima*randn(element_num,1);endRx=1/L*x* x'R=inv(Rx);steer=exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-1');w=R*steer/(steer'*R*steer);%Capon 最优权矢量for j=1:length(theta);a=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*pi/180)*0:ele

24、ment_num-1');f(j)=w'*a;p(j)=1/(a'*R*a);endF=20*log10(abs(f)/(max(max(abs(f);P=20*log10(abs(p)/(max(max(abs(p);% 此处是功率的对数形式Figure;subplot(121)plot(theta,F),grid on,hold onplot(theta0,-50:0,'.')plot(theta1,-50:0,'.')plot(theta2,-50:0,'.')xlabel('theta/o');yl

25、abel('F/dB');title('Capon beamforming 方向图 ') axis(-90 90 -50 0);subplot(122)plot(theta,P),grid onxlabel('theta/o');ylabel(' 功率 /dB');功率谱 ')title('Capon beamforming 仿真图如下：Word 资料nCap or Mamfonning方向图Capon bgwmfoiining功率谱 nU内： 1 u111 * ，:-5Fs _ _ . s J w _='

26、,= ：A ： ：-10rF+i10: / ：:：-20, ;t-15Lz-.lLK1 ： A z-30-；-4:t * 1 v * f-20二邛 一/一 V* f v * /(D ? H */里 4Q卜;十g -25 j/襦 '''WN1.# -5。：;：-30: 1 :I 1 =1- J : '-G0!r ；?-35L - - - - -»> -1： ： ：£！。; * ;；if. t,1 1f *T,1 , u 1 JJ-L_J_ J. FK - - - - J-：-Ljr-Ii. - - £-X -It: f、1

27、9; J'；：3*1H：士T D1-QU L -60050-100-50050100th&ta/otheta/Word资料Word 资料9. %不同方法估计协方差矩阵的Capon 波束形成clc;clear all;close all;ima=sqrt(-1);%阵元数为 8%间距为半波长%范围%来波方向%干扰方向element_num=8;d_lamda=1/2;theta=-90:0.5:90;theta0=0;theta1=50;L=512;%采样单元数 for i=1:Lamp0=10*randn(1);amp1=50*randn(1);ampn=0.5;s(:,i)=

28、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');n(:,i)=ampn*exp(ima*2*pi*randn(1)*0:element_num-1');endRx=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

29、*pi/180)*0:element_num-1');%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for j=1:length(theta)a=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*pi/180)*0:element_num-1');f1(j)=Wopt_Rx'*a;f2(j)=Wopt_Rnj'*a;endF1=20*log10(abs(f1)/max

30、(max(abs(f1);F2=20*log10(abs(f2)/max(max(abs(f2);figure;plot(theta,F1,theta,F2,'r'),grid on;hold onplot(theta0,-50:0,'.');plot(theta1,-50:0,'.')xlabel('theta/0');ylabel('F(1,2)/dB');title(' 不同方法估计协方差矩阵的 Capon 波束形成 ');axis(-90 90 -50 0);仿真图如下：*GOCOGO40不

31、同方法倡计协方震用阵的匚中波束米成theia J10. %多点约束的Capon波束形成和方向图clc;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=-90:0.3:90;%搜索范围theta0=0;%来波方向theta1=20;%干扰方向theta2=50;%干扰方向L=512;%采样单元数Rx=zeros(element_num,element_num);% 产生协方差矩阵for i=1:L;amp0=10*randn(1);amp1=10*randn(1);amp2=50*r

32、andn(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(:,i)=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')+.namp*exp(ima*2*pi*randn(1)*0:element_num-1');x(:,i)=amp0*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-1&

33、#39;)+.J(:,i);%表示接收信号endRx=Rx+1/L*x*x'R=inv(Rx);w=amp0*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-1')+.amp2*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta2*pi/180)*0:element_num-1')+.amp1*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta1*pi/180)*0:element_num-1');for j=1:length(theta);a=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta(

34、j)*pi/180)*0:element_num-1');f(j)=w'*a;p(j)=1/(a'*R*a);endF=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figure;subplot(121)plot(theta,F),grid on,hold onplot(theta0,-50:0,'.');plot(theta1,-50:0,'.');plot(theta2,-50:0,'.');xlabel('

35、;theta/o');ylabel('F/dB');title('capon beamforming 方向图 ')subplot(122)plot(theta,P),grid on,hold onplot(theta0,-50:0,'.');plot(theta1,-50:0,'.');plot(theta2,-50:0,'.');xlabel('theta/o');ylabel('P/dB');Word 资料title('capon beamforming功率谱)c

36、apon bedrTrforrnirig方向图cmpun bBarnfofinirig功率谱项14_: -so i : i-100-5005010Q-100-6005010。theta'ctheta.-'c仿真图如下:Word资料大作业%自适应波束形成方向图clc;clear all;close all;ima=sqrt(-1);element_num=8;%阵元数c=3e8;f=500e6;lamda=c/f;Word 资料d=1/2*lamda;%阵元间距与波长的关系theta=-90:0.5:90;%范围%来波方向theta0=0;theta1=45;%干扰方向theta

37、2=60;%干扰方向L=512;%采样单元数for i=1:L;amp0=10*randn(1);% 信号的幅度随机产生，保证信号之间是不相关的amp1=100*randn(1);amp2=100*randn(1);ampn=10;x(:,i)=amp0*exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-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:elemen

38、t_num-1')+.ampn*(randn(element_num,1)+ima*randn(element_num,1);%产生阵列信号endRx=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)*0:element_num-1')steer3=exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta2*pi/180)*0:element_num-1')C=steer1 steer2

39、 steer3;F=1 0 0'% 把 0 度方向作为来波方向w=inv(Rx)*C*(inv(C'*inv(Rx)*C)*F;for j=1:length(theta);a=exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta(j)*pi/180)*0:element_num-1');f(j)=w'*a;p(j)=1/(a'*inv(Rx)*a);endF=20*log10(abs(f)/(max(max(abs(f);P=20*log10(abs(p)/(max(max(abs(p);% 此处是功率的对数形式figuresubplot(121)plo

40、t(theta,P),grid on,hold onxlabel('theta/o');ylabel('F/dB');title(' 阵列信号方向图 ')axis(-90 90 -50 0);subplot(122)plot(theta,F),grid on,hold on;plot(theta0,-50:0,'.')plot(theta1,-50:0,'.')plot(theta2,-50:0,'.')xlabel('theta/o');ylabel('功率/dB');axis(-90 90 -50 0);title（'自适应波束形成万向图'