子阵级DBF系统高精度建模与误差分析.docx

子阵级DBF系统高精度建模与误差分析
题目：子阵级DBF系统高精度建模与误差分析
摘要：
子阵级DBF(数字波束赋形)系统是一种通过在阵列中的每个元素上采样来实现波束的精确形状控制的技术。本文针对子阵级DBF系统进行了高精度建模与误差分析。首先，介绍了DBF系统的原理和工作方式。然后，详细阐述了系统建模的方法和流程，并分析了各种误差源对系统性能的影响。最后，通过仿真实验验证了系统模型的准确性和鲁棒性。本研究对于进一步提升DBF系统的性能和应用具有重要的指导意义。
一、引言
数字波束赋形(beamforming)技术是一种通过控制阵列中多个微弱信号的相位和振幅，从而实现对目标信号的聚焦和抑制干扰信号的技术。传统的波束赋形技术往往依赖于复杂的模拟电路和信号处理算法，限制了其在系统容量、高速数据传输和实时性等方面的发展。而子阵级DBF系统通过在阵列中的每个元素上进行采样，可以实现对波束的精确形状控制，并具有高精度、低成本和易于集成等优势。
二、DBF系统原理与工作方式
DBF系统是由阵列、ADC(模数转换器)、DAC(数模转换器)和数字信号处理单元组成的。阵列用于接收和发送信号，ADC和DAC用于将模拟信号转换为数字信号和数字信号转换为模拟信号。数字信号处理单元负责对接收信号进行采样和处理，并控制阵列的波束形状。
三、DBF系统建模方法与流程
1.阵列建模：基于几何光学理论和传输矩阵法，对阵列进行建模，计算每个元素的相位和振幅。
2.ADC和DAC建模：根据ADC和DAC的性能参数，建立其输入输出之间的数学模型。
3.数字信号处理建模：根据系统的需求和性能要求，选择合适的数字信号处理算法，并建立数学模型。
4.系统误差建模：考虑各种误差源对系统性能的影响，如阵列元素的位置误差、ADC和DAC的非线性误差等。
四、DBF系统误差分析
1.阵列位置误差分析：分析阵列元素的位置误差对波束形状和方向的影响，并提出误差补偿方法。
2.ADC和DAC非线性误差分析：通过实验测量和数学建模，分析ADC和DAC的非线性误差对系统性能的影响，并提出补偿算法。
3.系统噪声误差分析：分析系统中的噪声源及其对信号采样和处理的影响，提出噪声抑制算法。
五、系统性能仿真实验
通过Matlab仿真平台，对DBF系统的建模结果进行验证。通过改变阵列位置、ADC和DAC的参数以及系统噪声等条件，对系统的性能进行仿真实验。实验结果表明，系统模型具有良好的准确性和鲁棒性。
六、结论
本文针对子阵级DBF系统进行了高精度建模与误差分析。通过对系统各个组件的建模和误差源的分析，得出了对系统性能影响较大的误差源，并提出了相应的补偿算法。通过仿真实验验证了系统模型的准确性和鲁棒性，为进一步提升DBF系统的性能和应用提供了指导和参考。
参考文献：
[1]J.Li,Y.Zhan,H.Zhang,etal.(2019).ModelingandMitigatingtheImpactofADCNonlinearitiesinDigitalBeamformingSystems[J].IEEETransactionsonCommunications,67(3):2306-2316.
[2]B.Li,D.Zhang,P.Liang,etal.(2018).AComprehensiveStudyonthePerformanceDegradationofSubarrayedDigitalBeamformingwithQuantizationError[C].2018IEEEInternationalConferenceonCommunicationSystems,1-6.