波束形成是阵列信号处理的一个重要分支，也是其重要标志之一，主要工作为：通过对阵列中各阵元加权来进行空域滤波，并且可以根据传输波所处的环境自适应的改变各阵元的加权因子。 波达方向估计(Direction of Arrival,DOA)是指空间信号的到达方向估计，是空间谱估计理论中一个重要概念，用来估计信号的空域参数或信源位置，也是众多领域的重要任务之一 [7]。

1。2 课题研究现状与发展趋势

1。2。1 研究现状

1。2。2发展趋势

1。3论文主要结构

本文主要研究的内容是：利用MATLAB实现线阵波束形成和DOA估计算法，并利用GUI开发DOA估计和波束形成算法的界面。

本文主要分为四章，首先是绪论，先介绍了自适应天线的背景，再介绍自适应天线阵列中的两个重要参数，波束形成和DOA估计的研究目的及意义，简要分析了它们的发展现状和趋势。

第二章主要介绍了阵列天线中均匀线阵模型，并介绍波束形成的理论基础，包括形成准则，算法实现。算法实现部分，选取两个波束形成算法：线性约束最小方差算法和最小均方算法进行阐述。

第三章主要介绍波达方向(DOA)估计的理论基础，再介绍DOA估计的几种常见算法，传统谱估计算法，特征结构法，MUSIC算法，ESPRIT算法。

第四章主要是用MATLAB完成波束形成和DOA估计的算法实现，并对仿真结果进行比较说明。 

最后一章是对本文的总结。

第二章 波束形成

2。1均匀线阵模型介绍

天线阵的形式可以按实际需求任意设置，但比较常见的几何形状是线阵和圆阵，线阵比圆阵更易实现，实际中，具有均匀间隔传感器的线性阵列是应用最为广泛的结构。本文实现的波束形成和DOA估计算法都是基于此结构。

由于信号在无线信道的传输情况是十分复杂的，很难用一个具体的模型去阐述和表示。因此，我们必须先提出一些假设和前提，才能提出一个简单的参数化模型。这里就不一一假设了。下图给出均匀线阵的模型：

图2-1：均匀线阵

在均匀线阵中,假设一信号从θ方向入射，到达阵列平面，该方向角为θ（波达方向），波达方向为入射方向与阵列法线的夹角[12]，有关波达方向的具体概念将在第三章具体说明。

设空间中有M个信源，其入射角分别记为，每个信号源对应的方向矢量分别为：

其中λ为入射波波长。

方向矩阵定义为：

除此之外，常见的阵列模型还有：面阵列，L型阵列，任意阵列等。

2。2波束形成介绍

波束形成，也叫空域滤波，是阵列信号处理的一个重要方面

它的实质是通过对各阵元加权求和，以达到增强有用信号，抑制干扰信号的目的，并且可以根据信号当时所处环境的变化自适应地改变加权因子[13]，来满足预期要求。众所周知，阵列天线的方向图是向个方向发散，是全方位的，但经过加权求和之后，增益汇集在一个方向，形成一个“波束”，波束形成的现实物理意义就在于此[14]。

如果利用阵元直接进行相干叠加，来获取输出波束，这样便会带来一个问题，只有垂直于阵列平面的入射波在输出端能同相叠加，从而形成方向图主瓣的极大值[15]。换句话讲，假设阵列可以围绕它的中心轴旋转，那么当阵列输出值最大时，空间波的入射方向必然是垂直于阵列平面的。但现实中，有许多天线阵列庞大而固定，不能够旋转，因此便要设计出一种适用性强的常规波束形成法。在该方法中，用一个适当的加权向量来补偿各个阵元的加权延时，来达到在某一期望方向阵列输出可以同向叠加，并在该方向形成一个主瓣波束，同时对其它方向有较小的响应，运用这种常规波束形成法，可以对整个空间进行波束扫描，来定位待测信号的方位。