完整版)波束形成-Matlab程序35頁(yè)

1、1.均勻線陣方向圖%8陣元均勻線陣方向圖，來(lái)波方向?yàn)?度clc;clear all;close all;imag=sqrt(-1);element_num=8;%陣元數(shù)為8d_lamda=1/2;%陣元間距d與波長(zhǎng)lamda的關(guān)系theta=linspace(-pi/2,pi/2,200);theta0=45/180*pi;%來(lái)波方向 (我覺(jué)得應(yīng)該是天線陣的指向)%theta0=0;%來(lái)波方向w=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta0)*0:element_num-1);for j=1:length(theta) %(我認(rèn)為是入射角度，即來(lái)波方向,計(jì)算陣列流形矩陣A)

2、 a=exp(imag*2*pi*d_lamda*sin(theta(j)*0:element_num-1); p(j)=w*a; %(matlab中的默認(rèn)為共軛轉(zhuǎn)置，如果要計(jì)算轉(zhuǎn)置為w.*a)endfigure;plot(theta,abs(p),grid onxlabel(theta/radian)ylabel(amplitude)title(8陣元均勻線陣方向圖)見(jiàn)張小飛的書(shū)陣列信號(hào)處理的理論和應(yīng)用2.3.4節(jié)陣列的方向圖當(dāng)來(lái)波方向?yàn)?5度時(shí)，仿真圖如下：8陣元均勻線陣方向圖如下，來(lái)波方向?yàn)?度，20log（dB）隨著陣元數(shù)的增加，波束寬度變窄，分辨力提高：仿真圖如下：2. 波束寬度與波

3、達(dá)方向及陣元數(shù)的關(guān)系clcclear all close allima=sqrt(-1);element_num1=16; %陣元數(shù)element_num2=128; element_num3=1024; lamda=; %波長(zhǎng)為0.03米d=1/2*lamda; %陣元間距與波長(zhǎng)的關(guān)系theta=0:90;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)-

4、lamda/(element_num2*d); beta(j)=theta(j)*pi/180-asin(sin(theta(j)*pi/180)-lamda/(element_num3*d);endfigure;plot(theta,fai,r,theta,psi,b,theta,beta,g),grid onxlabel(theta);ylabel(Width in radians)title(波束寬度與波達(dá)方向及陣元數(shù)的關(guān)系)仿真圖如下：3. 當(dāng)陣元間距 時(shí)，會(huì)出現(xiàn)柵瓣，導(dǎo)致空間模糊。仿真圖如下：4. 類(lèi)似于時(shí)域?yàn)V波，天線方向圖是最優(yōu)權(quán)的傅立葉變換仿真程序和仿真圖如下：clcclear

5、all close allima=sqrt(-1);element_num=32; %陣元數(shù)source_num=1; %信源數(shù)d_lamda=1/2; %陣元間距與波長(zhǎng)的關(guān)系theta=linspace(-pi/2,pi/2,200);theta0=0; %來(lái)波方向(ayy應(yīng)該是陣列指向方向)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; end figure;su

6、bplot(1,2,1)plot(theta,abs(p),grid onxlabel(theta/radian)ylabel(amplitude)title(按定義的方向圖)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(最優(yōu)權(quán)的傅里葉變換)5. %最大信噪比準(zhǔn)則方向圖和功率譜clc;clear all;close all;ima=sqrt(-1);element_num=8;

7、 %陣元數(shù)為8d_lamda=1/2; %間距為半波長(zhǎng)theta=-90:90; %范圍theta0=0; %來(lái)波方向theta1=20; %干擾方向L=512; %采樣單元數(shù)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); n(:,i)=ampn*(randn(elemen

8、t_num,1)+ima*randn(element_num,1);endRs=1/L*s*s; %信號(hào)自相關(guān)矩陣Rnj=1/L*(j*j+n*n); %干擾+噪聲的自相關(guān)矩陣V,D=eig(Rs,Rnj); %（Rs,Rnj）的廣義特征值和特征向量D,I=sort(diag(D); %排序Wopt=V(:,I(8); %最優(yōu)權(quán)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*Rs*a+a*Rnj*a;endF=20*log10(ab

9、s(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 方向圖);axis(-90 90 -50 0);hold onsubplot(122)plot(theta,P,r);grid onxlabel(theta/0);ylabel(功率 in dB);title(max-SNR功率譜)仿真圖

10、如下：6. %ASC旁瓣相消-MSE準(zhǔn)則clc;close all;clear allima=sqrt(-1);M=32; %輔助天線的數(shù)目d_lamda=.5;theta0=-30; %來(lái)波方向theta1=60; %干擾方向 L=512; %采樣單元數(shù)s=zeros(1,512); %預(yù)劃分一個(gè)區(qū)域for ii=1:L; amp0=1*randn(1); %信號(hào)的幅度隨機(jī)產(chǎn)生，保證信號(hào)之間是不相關(guān)的 amp1=200*randn(1); ampn=1; jam(:,ii)=amp1*exp(ima*2*pi*sin(theta1*pi/180)*0:M-1)+ampn*(randn(M,1

11、)+ima*randn(M,1); %干擾+噪聲 s(ii)=amp0*exp(ima*2*pi*sin(theta0*pi/180)+amp1*exp(ima*2*pi*sin(theta1*pi/180)+ampn*(randn(1,1)+ima*randn(1,1);%接收信號(hào)（信號(hào)+干擾+噪聲） s0(ii)=amp0*exp(ima*2*pi*sin(theta0*pi/180);endRx=1/L*jam*jam; %噪聲自相關(guān)矩陣，相當(dāng)于X（t）r_xd=1/L*jam*s;Wopt=pinv(Rx)*r_xd;delta=s0-(s-Wopt*jam);delta1=abs(m

12、ean(delta.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;endF=20*log10(abs(f)/(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準(zhǔn)

13、則下的方向圖)axis(-90 90 -50 0);%可為x軸和y軸設(shè)置一個(gè)極限范圍仿真圖如下：7. %線性約束最小方差(LCMV)準(zhǔn)則 clc;clear all ;close all;ima=sqrt(-1);element_num=8; %陣元數(shù)d_lamda=1/2; %陣元間距與波長(zhǎng)的關(guān)系theta=-90:; %搜索范圍theta0=0; %三個(gè)信號(hào)源的來(lái)波方向theta1=30; theta2=60;L=512; %采樣單元數(shù)for i=1:L; amp0=10*randn(1); amp1=100*randn(1); amp2=10*randn(1); ampn=10; x(:

14、,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(element_num,1);endRx=1/L*x* x;steer1=exp(ima*2*pi*1/2*sin(theta0*pi/180)*0:elem

15、ent_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; %把三個(gè)方向都作為來(lái)波方向w=inv(Rx)*C*(inv(C*inv(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;

16、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,-20:0,.)xlabel(theta/o);ylabel(F/dB);title(Capon beamforming方向圖)axis(-90 90 -20 0);%可為x軸和y軸設(shè)置一個(gè)極限范圍P=10*log10(abs(p)/(max(max(abs(p);subplot

17、(122)plot(theta,P),grid on,hold onplot(theta0,-20:0,.)plot(theta1,-20:0,.)plot(theta2,-20:0,.)xlabel(theta/o);ylabel(功率/dB);title(Capon beamforming功率譜)仿真圖如下：8. %Capon beamformingClc;clear all ;close all;ima=sqrt(-1);element_num=8; %陣元數(shù)d_lamda=1/2; %陣元間距與波長(zhǎng)的關(guān)系theta=-90:90; %范圍theta0=0; %來(lái)波方向theta1=20

18、; %干擾方向theta2=60; %干擾方向L=1000; %采樣單元數(shù)for i=1:L; amp0=10*randn(1);%信號(hào)的幅度隨機(jī)產(chǎn)生，保證信號(hào)之間是不相關(guān)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*sin(theta2*pi/180

19、)*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最優(yōu)權(quán)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)=w*a; p(j)=1/(a*R

20、*a);endF=20*log10(abs(f)/(max(max(abs(f);P=20*log10(abs(p)/(max(max(abs(p);%此處是功率的對(duì)數(shù)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);ylabel(F/dB);title(Capon beamforming方向圖)axis(-90 90 -50 0);subplot(122)plot(theta,P),grid

21、onxlabel(theta/o);ylabel(功率/dB);title(Capon beamforming功率譜)仿真圖如下：9. %不同方法估計(jì)協(xié)方差矩陣的Capon波束形成clc;clear all;close all;ima=sqrt(-1);element_num=8; %陣元數(shù)為8d_lamda=1/2; %間距為半波長(zhǎng)theta=-90:90; %范圍theta0=0; %來(lái)波方向theta1=50; %干擾方向L=512;%采樣單元數(shù)for i=1:L amp0=10*randn(1); amp1=50*randn(1); ampn=; s(:,i)=amp0*exp(ima

22、*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);%接收信號(hào)自相關(guān)矩陣Rnj=1/L*(j+n)*(j+n);%干攏+噪聲的自相關(guān)矩陣e=exp(ima*2*pi*d_lamda*sin(theta0*pi/180)*0:element_num-1);%來(lái)波方向信號(hào)Wo

23、pt_Rx=inv(Rx)*e/(e*inv(Rx)*e);%采用接收信號(hào)的權(quán)矢量Wopt_Rnj=inv(Rnj)*e/(e*inv(Rnj)*e);%采用干攏+噪聲信號(hào)的權(quán)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(max(abs(f1);F2=20*log10(abs(f2)/max(max(abs(f2);figure;plot(theta

24、,F1,theta,F2,r),grid on;hold onplot(theta0,-50:0,.);plot(theta1,-50:0,.)xlabel(theta/0);ylabel(F(1,2)/dB);title(不同方法估計(jì)協(xié)方差矩陣的Capon波束形成);axis(-90 90 -50 0);仿真圖如下：10%多點(diǎn)約束的Capon波束形成和方向圖clc;clear all ;close all;ima=sqrt(-1);element_num=8; %陣元數(shù)d_lamda=1/2; %陣元間距與波長(zhǎng)的關(guān)系theta=-90:90; %搜索范圍theta0=0; %來(lái)波方向thet

25、a1=20; %干擾方向theta2=50; %干擾方向L=512; %采樣單元數(shù)Rx=zeros(element_num,element_num);%產(chǎn)生協(xié)方差矩陣for i=1:L; amp0=10*randn(1); amp1=10*randn(1); amp2=50*randn(1); namp=*randn(1);%噪聲的幅度隨機(jī)產(chǎn)生，保證噪聲與信號(hào)之間是不相關(guān)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:e

26、lement_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)+. J(:,i);%表示接收信號(hào)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(im

27、a*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(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);%取對(duì)數(shù)的方向圖P=10*log10(abs(p)/max(max(p);%取對(duì)數(shù)的功率譜估計(jì)figure;subplot(121)plot(theta,F),grid on,hold onplot(theta0,-50:

28、0,.);plot(theta1,-50:0,.);plot(theta2,-50:0,.);xlabel(theta/o);ylabel(F/dB);title(capon beamforming方向圖)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);title(capon beamforming功率譜)仿真圖如下：大作業(yè)%自適應(yīng)波束形成方向圖clc;clear all; cl

29、ose all;ima=sqrt(-1);element_num=8; %陣元數(shù)c=3e8;f=500e6;lamda=c/f;d=1/2*lamda; %陣元間距與波長(zhǎng)的關(guān)系theta=-90:90; %范圍theta0=0; %來(lái)波方向theta1=45; %干擾方向theta2=60; %干擾方向L=512; %采樣單元數(shù)for i=1:L; amp0=10*randn(1);%信號(hào)的幅度隨機(jī)產(chǎn)生，保證信號(hào)之間是不相關(guān)的 amp1=100*randn(1); amp2=100*randn(1); ampn=10; x(:,i)=amp0*exp(ima*2*pi*1/2*sin(thet

30、a0*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(element_num,1);%產(chǎn)生陣列信號(hào)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(th