MIMO雷达中数字波束形成的原理和实现方法.doc

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1、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

2、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。(N-1)21N-1201.......0移相器图1N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至。我们不妨分析偏离法线方向处一点，近似看作很远，忽

3、略距离上引起的幅度差，来描述在该点的场强，则（1）上式中，指由于波程差导致的相邻阵元的相位差，为波束的指向角，为相邻阵元移相器的相位差，运用数学知识将式（1）化简为（2）对式（2）进行归一化可得（3）由式（3）可知，当时，也就是各阵元都是等幅等相时，时，对应的，实际上对应的最大方向图在阵列法线方向。当，方向图最大值方向将会相应的偏离，其对应关系如下：（4）通过移相器的相移，使得各阵元天线在处，取得最大的幅度值，从而实现波束的指向扫描。栅瓣分析：将式（4）代入到式（3）可得：（5）由得，为使其只出现主瓣，必须满足（6）进一步化简得（7）1.数字波束成形的仿真结

4、果通过仿真来比较阵元数，阵元间距，波束扫描范围，波束指向角对波束形成的影响。仿真条件：波束扫描范围[,]，，N=10，仿真图如下，仿真结论：上左图阵元间距为，右图阵元间距为，比较可得相同的波束扫描范围、阵元数下，阵元间距越小，旁瓣抑制更好。仿真条件：波束扫描范围[,]，，，仿真图如下，仿真结论：上左图阵元数为5，右图阵元数为10，比较可得相同的波束扫描范围、阵元间距下，阵元数目越少，波束宽度越窄。仿真条件：，，N=5，仿真图如下：仿真结论：上左图波束扫描范围为，右图波束扫描范围为，比较可得相同的阵元数目、阵元间距下，波束扫描越窄越易实现。仿真条件：波束扫描范

5、围[,]，，，仿真图如下，仿真结论：上左图波束指向角为0，右图波束指向角为，波束扫描实现。1.结束语本文介绍了波束形成的原理以及实现方法，并对影响波束形成的阵元间距、阵元数目、不同的波束扫描范围以及不同的指向角，进行了仿真分析，在实际工程项目中有良好的指导作用。