中期报告格式范例(2016年版)

电 子 科 技 大 学

2013级本科毕业设计（论文）中期报告表

学号：20 姓名：张三 学院：电子工程学院 专业：电磁场与无线技术

导师姓名：XXXX 系所：集成电路与系统

学位论文题目

数字阵列发射同时多波束技术仿真研究

1. 课题研究概述（不少于300字）

本课题研究主要是从发射波束形成的基本原理出发，探究数字阵的发射多波束可能方案及各自的特点，包括基于FFT 算法、基于正交投影算法以及基于子阵的算法等。本课题主要研究基于正交投影算法，包含的主要工作及研究内容有以下几个方面：

（1）阅读文献资料，熟悉雷达的发展历程及雷达信号处理技术的历史演进，了解现代雷达技术中数字阵发射多波束的意义，分析多波束技术的研究现状及发展趋势； （2）熟练掌握天线发射阵列信号模型，熟悉发射数字波束及多波束形成原理，熟悉发射数字多波束的形成算法；

（3）了解基于FFT 算法以及基于子阵的算法，掌握基于正交投影算法发射多波束形成方法进行算法；

（4）在MATLAB 软件中实现基于正交投影算法发射多波束形成算法仿真。 2. 目前已完成学位论文工作的内容及进展（不少于800字） 2.1方向图仿真 2.1.1 主要理论部分：

图2-1 均匀线阵发射信号模型

如图2-1所示，对于方向为的远场接收区来说，不考虑衰减的情况下，发射波

阵元1

阵元M-1

阵元2

d

θ

平面P

...

(M-1)dsin θ

可以看似一个平面波P ，以第一个阵元作为参考阵元，信号通过阵元m 发射到达平面P 的距离相对于阵元0多了sin md θ。信号通过阵元m 发射到达平面P 的时间相对于阵元0晚了m τ，传播时延m τ可以表示为

sin m md m c

θ

ττ=

= (2-1) 在方向远区场某点的辐射场的矢量和为

()1

1

N N jk jk k k k E E e

E e ϕ

ϕθ--====∑∑ (2-2)

k E 为各辐射单元在远场区该点的场强，121N E E E E -====，相邻单元的波

程差R ∆引入的相位差为

002sin 2sin f d d c πθπθ

ϕωτλ

==

=

(2-3) 将()E θ化简：

()()2

2212222sin 2sin 2

N N

N

j

j j N j j j j N e e e E E E e e e e ϕϕϕϕ

ϕϕϕϕθϕ---⎛⎫- ⎪⎝⎭==⎛⎫- ⎪

⎝⎭

(2-4) ()E θ场强值为

()sin sin sin

2sin sin sin 2N d N

E E E d πθϕ

λθϕπθλ

== (2-5)

()E θ场强值最大值为

()

max

E NE θ= (2-6)

阵列的归一化方向图函数为

()()

()max

sin sin sin sin a N d E F d E πθ

θλ

θπθθλ

=

=

(2-7)

方向图的主瓣，()1a n F n θππ=±→±=→方向图的栅瓣。出现栅瓣会产生测角

的多值性，由于sin 1θ≤，所以不出现栅瓣的条件为2

d λ

≤。

图2-2 方向图的主栅瓣

当θ很小时，sin θθ≈，则

()()

E E θθ≈

(0.886

Nd

Nd

λ

1=的波束，则需要sin ,θ

ψλ

=

天线阵法线方向

()()0.50

0.886

50.8

cos cos rad Nd Nd λ

λ

θθθ== (2-13)

2.1.2 MATLAB 仿真：

一般方向图产生MATLAB 仿真：

(1) 仿真条件：阵元数为20，频率为10GHz ，阵元间距为半波长的均匀线阵，期望产生信号角度为20度。 (2) 仿真图：

图2-4 波束指向20度的方向图

方向图随阵元个数N 变化的MATLAB 仿真

(1) 仿真条件：波长为0.03m ，频率为10GHz ，阵元间距为半波长的均匀线阵，期望产生信号角度为0度。阵元数分别为20、25、30时，由仿真图2-5可以看出，阵元越多，方向图衰减越快，波束的宽度就越小，指向就越精确。 (2) 仿真图：

图2-5 方向图与阵列个数N 的关系

方向图随波长变化的MATLAB 仿真：

-40

-30-20-10

010

203040

-100-80

-60

-40

-20

波束指向(。)

归一化的波束增益(d B )

水平方向20度方向图（王志航）

-30

-20

-10

10

20

30

-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10

-50波束指向(。)

归一化的波束增益(d B )

方向图与阵列个数的关系（王志航）

n=20n=25n=30