最大信噪比准则自适应波束形成的MATLAB仿真

1 引言

传统雷达接收机在通过天线接受信号的过程中，使用的频谱滤波方法，由于无法区分信号的来源与方向，因此无法区分同频的噪声与信号，从而使得雷达在收到同频干扰时，从根本原理上无法解决这个问题。

波束形成方法原理是通过天线阵列发射或接受信号，通过调整各个天线后级的权值系数，可以控制整个天线阵列的波瓣，从而实现了智能天线，即能够接受指定方向的信号、抑制其他方向的噪声，亦即实现了空间滤波。因此使用波束形成原理设计的雷达接收机系统可以解决同频干扰等问题。 2 算法描述 2.1 流程图

流程图如图1所示。 2.2 编程原理 2.3 编程思路

首先创建信号源s、干扰源j与噪声n。然后求出信号与干扰的自相关矩阵Rs、Rnj，通过广义特征值与特征向量，解出最优权矢量Wopt。最后求出最优权矢量的波束方向F与噪声信号功率谱，并绘出其图形。

已知最大信噪比准则公式为输入信号与输入干扰+噪声的功

率比最大，即需要求解输入信号的自相关矩阵与干扰信号的自相关矩阵。

使用公式计算出信号自相关矩阵Rs与干扰噪声信号的自相关矩阵Rnj后，通过求解自相关矩阵的最大特征值对应的特征向量（即最优权向量）的方法。使用eig求特征值与特征向量并使用sort进行排序降低了编程复杂度。 3 运行结果

运行结果如图2所示。

其中左图为最大信噪比准则自适应波束方向图。其中0°方向的竖线为信号源信号、20°的竖线为干扰源信号。右图为未经过最大信噪比准则自适应处理的天线口面接受到的信号功率图。 可以轻易的分析出来，未经过处理的右图功率的主要成分为20°的干扰信号，而0°的信号完全被淹没至旁瓣内无法辨析。 如图3所示，左图干扰源为信号源幅度20倍时最大信噪比准则自适应输出信噪比为50dB，右图200倍时信噪比仍为50dB。因此信号与干扰源的幅度比与最终输出信号的信噪比无关。 如图4所示，左图为快拍数为512时最大信噪比准则自适应波束，右图快拍数为最大信噪比准则自适应波束。因此快拍数与最终输出信号的信噪比无关，但是由于快拍数增加，20°滤波更为平滑。

如图5所示，当信号源为15°、干扰源为20°时，最大信噪比准则自适应波束形成无法准确的分辨出源信号的位置，并且

造成30°处形成极高的旁瓣。证明满足理论分析结果。即当干扰信号到达角与期望信号到达角相差较大时，天线方向图的主瓣基本上对准所需信号的波达方向， 并且干扰方向处于方向图的零点。但是如果不满足

天线方向图的主瓣就会偏离所需信号来波方向，这样就会引起很大误差。 4 总结

由于面对噪声不均匀、信号源位置移动等情况时，波束形成技术由于其“定向”放大特性，其信噪比将急剧下降，甚至接收机无法正常工作。因此必须使用自适应技术使得形成的波束能够随着信号源进行改变，从而使得接收机一直保持正常工作状态。自适应技术如图1所示。

使用波束形成方法先决条件为使用阵列天线，同时也要求多通道数据采样与信号处理。因此使用该技术会极大的增加雷达系统的复杂程度从而使得接收机造价比较昂贵，难以广泛应用。 由于使用空间谱理论进行信号处理极大的提高了雷达接收机的抗干扰性能，使用最大信噪比准则的自适应波束形成，具有良好的防干扰性能，从而为该技术不断的取得进步提供了原动力。因此必须进一步加强相关理论，并将该技术实践在科研生产任务中。