波束赋形

作者：凌逆战 地址： https://www.cnblogs.com/LXP-Never/p/12051532.html 波束成型 （Beamforming）又叫 波束赋形 、 空域滤波 作用 ：对多路麦克风信号进行合并处理， 抑制非目标方向 的干扰信号， 增强目标方向 的声音信号。 原理 ：调整相位阵列的基本单元参数，使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉。对各个阵元输出信号加权求和、滤波，最终输出期望方向的语音信号，相当于形成一个“波束”。 远场 ：由于信号源到阵列的距离远大于阵元间距， 不同阵元接收信号的 幅度差异较小 ，因此把不同阵元采集的语音信号的幅值认为都是一样的，只需对各阵元接收信号的 相位差异 进行处理即可。 近场 ：不同阵元 接收到的信号幅度 受信号源到各 阵元距离差异 的影响非常明显，需考虑信号源到达不同阵元的 波程差 。 问题： 通常的阵列处理多为窄带，使得传统的窄带信号处理方法的缺点逐渐显现出来。语音信号的频率范围为300~3400Hz，没有经过调制过程，且高低频相差比较大，不同阵元的相位延时与声源的频率关系密切，使得现有的窄带波束形成方法不再适用 信噪比比较低和混响影响比较高的环境下难以准确估计波达方向 传统的后置滤波只考虑散射噪声或只从波束形成后的单通道输出中估计噪声不足 根据 获取加权矢量时采用的方法 不同

简介 上一篇博客我建立了一个螺旋线的的阵列，这次我在螺旋线阵列的基础上进行波束赋形，得到一个覆球波束。星载卫星导航阵列天线采用的是覆球波束，这是因为地球表面是球面，用于弥补卫星到地球表面各点的衰减。 星载覆球波束 星载卫星导航阵列天线采用覆球波束，这是由于地球表面是个球面，从卫星到地球表面各点的距离和衰减都不尽相同，为了弥补卫星到地球表面各点的衰减，星载阵列天线采用特殊的波束赋形，即覆球波束。波束沿卫星和地心的连线旋转对称，波束的正前方凹陷，这样可以和地球表面相吻合，波束的最大值位于卫星与地球相切的方向上。 覆球波束方向图求解 如上图所示，O点为地球球心，A点为卫星，B点为地球表面能看见卫星A的其中任意一点。其中H为卫星距离地球表面的高度，R为地球的半径，θ为∠BAO，OC与AB的延长线相垂直。则有，B点到卫星的距离r=AB=AC-BC，其中AC=AO sin(θ), BC= (BO 2 -CO 2 ) 0.5 ,BO=R,CO = AO cos(θ)。综上，r=AO sin(θ)- {(BO 2 -AO cos(θ) 2 )} 0.5 。此外，自由空间的损耗公式为：Lbf=32.5+20lgF+20lgD，F为频率（MHz），D为距离（km），Lbf为自由空间损耗（dB）。 python绘制覆球波束方向图 代码如下： import numpy as np import

随着低频段频谱资源变得稀缺， 毫米波频段 能够提供更大带宽，成为了移动通信系统未来应用的重要频段。毫米波由于波长较短，具有与传统低频段不同的传播特性，例如更高的传播损耗，反射和衍射性能差等。因此通常会采用更大规模的天线阵列，以形成增益更大的赋形波束，克服传播损耗，确保系统覆盖。 毫米波天线阵列 ，由于波长更短，天线阵子间距以及孔径更小，可以让更多的物理天线阵子集成在一个有限大小的二维天线阵列中；同时，毫米波天线阵列的尺寸有限，从硬件复杂度、成本开销以及功耗等因素考虑，无法采用低频段采用的数字波束赋形方式，而是采用模拟波束和数字端口相结合的混合波束赋形方式。 对于一个多天线阵列，其每根天线都有独立的射频链路通道，但共享同一个数字链路通道，需要每条射频链路允许对所传输信号进行独立的幅度和相位调整，所形成的波束主要通过在射频通道的相位和幅度调整来实现，称为 模拟波束赋形信号 。而 全数字波束赋形 的天线阵列，每根天线都有独立的数字链路通道，可以在基带控制每路信号的幅度和相位。 模拟波束赋形有以下特点。 对于模拟波束赋形，每根天线发送的信号一般通过 移相器 改变其相位。 由于器件能力的限制，模拟波束赋形一般在整个带宽上进行赋形，无法像数字波束赋形那样针对部分子带单独进行赋形。因此，模拟波束赋形间通过 时分（TDM）方式 进行复用。 由于以上这些特点，模拟波束赋形的赋形 灵活性