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数字多波束成形技术.
资料介绍
一、技术概述
数字多波束成形(Digital Beamforming, DBF)是阵列信号处理领域的核心技术之一,它通过对天线阵列中各阵元的接收/发射信号进行数字域加权处理,使阵列方向图主瓣指向期望信号方向,同时在干扰方向形成 deep 零陷,从而实现空间信号的选择性接收与发射,提升系统的信干噪比与通信容量。
与传统的模拟波束成形、混合波束成形相比,数字多波束成形能够同时形成多个独立可控的波束,具备更强的波束捷变能力、抗干扰能力与空间分辨率,是当前5G/6G移动通信、卫星通信、雷达探测、射电天文等领域的关键支撑技术。
二、基本原理
2.1 阵列信号模型
假设一个由$N$个全向阵元组成的均匀线阵,阵元间距为$d$,空间中存在一个到达角为
的远场窄带信号$s(t)$,则各阵元的接收信号向量可表示为:
其中
为阵列导向矢量,
为信号波长,$\boxed{n}(t)$为零均值高斯白噪声向量,协方差矩阵为
。
2.3 方向图特性
通过权值调整,数字多波束成形可以实现:
1. 主瓣扫描:改变权值的相位梯度,实现波束指向在空间范围内的连续扫描;
2. 多波束形成:通过多组权值向量,同时产生多个独立波束,分别跟踪多个不同方向的目标或用户;
3. 自适应零陷:根据干扰信号的统计特性,自动在干扰方向形成深度零陷,抑制干扰功率。
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