中期报告格式范例(2016年版)汇总

电子科技大学2013级本科毕业设计（论文）中期报告表学号：2010032020001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阵元1阵元M-1阵元2dθ平面P...(M-1)dsinθ如图2-1所示，对于方向为错误!未找到引用源。的远场接收区来说，不考虑衰减的情况下，发射波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sinmd。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，传播时延m可以表示为sinmmdmc(2-1)在错误!未找到引用源。方向远区场某点的辐射场的矢量和为1100NNjkjkkkkEEeEe(2-2)kE为各辐射单元在远场区该点的场强，121NEEEE，相邻单元的波程差R引入的相位差为002sin2sinfddc(2-3)将E化简：22212222sin2sin2NNNjjjNjjjjNeeeEEEeeee(2-4)E场强值为sinsinsin2sinsinsin2NdNEEEd(2-5)E场强值最大值为maxENE(2-6)阵列的归一化方向图函数为maxsinsinsinsinaNdEFdE(2-7)方向图的主瓣，1anFn方向图的栅瓣。出现栅瓣会产生测角的多值性，由于sin1，所以不出现栅瓣的条件为2d。图2-2方向图的主栅瓣当很小时，sin，则maxsinsincaNdENdFdEN(2-8)由辛格函数表可知：0.50.88650.8radNdNd(2-9)通常取2d，则0.5100N。若要产生0.51的波束，则需要N=100。图2-3相位扫描原理图当各辐射单元不移向，阵列面MN即为同相面，阵列面法线获得最大辐射。当各辐射单元依次移向，同相面旋转至MN’，与MN夹角为，此时MN’法线方向获得最大辐射。移向器控制相移量，同相面旋转，辐射方向旋转，波束扫描。相位扫描原理图如图2-3。在方向远区场某点的辐射场的矢量和为10NjkkEe(2-10)其中，为相邻单元的波程差R引入的相位差，为相邻单元的移相器引入的相位差。02sin2sin,dd(2-11)归一化方向图函数为00sinsinsinsinsinsinaNdFdN(2-12)dФN...N波束方向天线阵法线方向M-ππ0θ若方向图函数的主瓣位置移动了0，001aF方向图的主瓣，0sinsin1adF方向图的栅瓣。此时的主瓣宽度为0.5000.88650.8coscosradNdNd(2-13)2.1.2MATLAB仿真：2.1.2.1一般方向图产生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2.1.2.2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：-40-30-20-10010203040-100-80-60-40-200波束指向(。)归一化的波束增益(dB)水平方向20度方向图（王志航）图2-5方向图与阵列个数N的关系2.1.2.3方向图随波长错误!未找到引用源。变化的MATLAB仿真：(1)仿真条件：阵元数为20，阵元间距为0.01m的均匀线阵，期望产生信号角度为0度。波长分别为0.02、0.03、0.04m时，由仿真图2-6可以看出，波长越短，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2-6方向图与波长错误!未找到引用源。的关系2.1.2.4方向图随阵元间距d变化的程序及MATLAB仿真(1)仿真条件：阵元数为20，频率为10GHz，波长为0.03m均匀线阵，期望产生信号角度为0度。阵元间距分别为0.01、0.02、0.03m时，由仿真图2-7可以看出，阵元间距越长，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：-30-20-100102030-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50波束指向(。)归一化的波束增益(dB)方向图与阵列个数的关系（王志航）n=20n=25n=30-30-20-100102030-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50波束指向(。)归一化的波束增益(dB)方向图与波长的关系(王志航)lamda=0.02lamda=0.03lamda=0.04图2-7方向图与阵元间距d的关系2.2同时发射多波束基于抗干扰的数字多波束，即在数字信号处理系统中对发射或接收的信号进行加权，是加强发射信号在空中指定目标方向的功率，同时抑制其他方向信号的功率。发射波束形成的指向是受接收DBF处理部分获得的目标角度引导的。当发射或接收波束形成所需的目标、干扰方向向量已知时，可以采用正交投影算法实现数字多波束形成，在方向图上人为施加零点，从而实现发射或接收状态时多个波束之间的隔离，有效的减小了波束之间的叠加，并能够抑制干扰。2.2.1已知干扰方向通常发射端先验信息已知，对于这种情况下，我们可以采用正交投影算法来进行发射多波束的形成。分析如下：设有K个置零方向，由于发射端是已知置零方向的，于是可以直接通过置零方向的方向矢量12jKAaaa来表达置零方向的子空间，再将发射波束的方向矢量投影于需置零的方向的正交补空间，可得joptAswP(2-14)其中，jAP为需置零方向的正交补空间，其表达式为1jHHAjjjjPIAAAA(2-15)由矩阵理论可知，若子空间与另一个空间正交，那么投影于这个子空间的向量同样垂直于另一个空间。因此，任意一个干扰矢量ja都将满足下面的式子0,1,2,,optjjKwa(2-16)使得形成的发射波束在置零方向形成了零点。权向量可看成是两部分的合成输出，其中jAP控制置零方向，s控制波束指向。-30-20-100102030-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50波束指向(。)归一化的波束增益(dB)方向图与天线阵列间隔d的关系(王志航)d=0.01d=0.02d=0.03下面仿真研究阵元数、阵元间距、波束间隔、波束个数对阵列多波束方向图的影响。2.2.1.1阵元数的影响仿真仿真条件：频率为10GHz，阵元间距为半波长的均匀线阵，期望信号个数为3，角度为20,0,20；需要压制的干扰个数为3个，分布的角度分别在10,10,30。阵元数分别为16和32时，由仿真图2-8、2-9可以看出，阵元越多，波束的宽度就越小，指向就越精确。-60-40-200204060-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100波束指向(。)归一化的波束增益(dB)阵元数为16的正交投影发射多波束（王志航）指向-20度指向0度指向20度和波束图2-8阵元数为16的正交投影发射多波束图2-9阵元数为32的正交投影发射多波束-60-40-200204060-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100波束指向(。)归一化的波束增益(dB)阵元数为32的正交投影发射多波束（王志航）指向-20度指向0度指向20度和波束2.2.1.2阵元间距的影响仿真仿真条件：16阵元均匀线阵，频率为10GHz，期望信号个数为3，角度为20,0,20；需要压制的干扰个数为3个，分布的角度分别在10,10,30。阵列方向图2-10、2-11，分别对应于阵元间距为0.5倍期望信号的波长和阵元间距为0.4倍期望信号的波长。由仿真图可以看出，阵元间距小时，主瓣会展宽，旁瓣会抬高，对其他波束的影响会变大。图2-100.5倍波长阵元间距的正交投影发射多波束图2-110.4倍波长阵元间距的正交投影发射多波束-60-40-200204060-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100波束指向(。)归一化的波束增益(dB)阵元间距为0.5倍波长的正交投影发射多波束（王志航）指向-20度指向0度指向20度和波束-60-40-200204060-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100波束指向(。)归一化的波束增益(dB)阵元间距为0.4倍波长的正交投影发射多波束（王志航）指向-20度指向0度指向20度和波束2.2.1.3波束间隔的影响仿真仿真条件：期望信号个数为3，频率为10GHz，需要压制的干扰个数为3个，分布的角度分别在10,10,30；阵元数为16，阵元间距为半波长。阵列方向图2-12、2-13，分别对应于期望角度为20,0,20、20,0,5。由图可以看出，期望信号指向与干扰指向越接近，波束指向越不准确，波形也会畸变。图2-12期望信号角度为20,0,20的正交投影发射多波束图2-13期望信号角度为20,0,5的正交投影发射多波束2.2.1.4波束个数的影响仿真-60-40-200204060-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100波束指向(。)归一化的波束增益(dB)波束间隔大的正交投影发射多波束（王志航）指向-20度指向0度指向20度和波束-60-40-200204060-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100波束指向(。)归一化的波束增益(dB)波束间隔小的正交投影发射多波束（王志航）指向-20度指向0度指向5度和波束仿真条件：需要压制的干扰个数为3个，分布的角度分别在10,10,30；阵元数为16，频率为10GHz，间距为半波长。方向图2-14对应期望信号个数为3（期望信号的方向为20,0,20），方向图2-15期望信号个数为5（期望信号的方向为40,20,0,20,40）。由仿真图可以看出，期望信号越多的话，对波束基本没有太大的影响，只是当波束指向角度比较大时，其主瓣会变宽，旁瓣会变高。-60-40-200204060-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100波束指向(。)归一化的波束增益(dB)期望个数为3的正交投影发射多波束（王志航）指向-20度指向0度指向20度和波束图2-14期望信号个数为3的正交投影发射多波束-6