圆阵自适应干扰抑制与多维可视化仿真系统

资 源 简 介

该项目针对均匀圆阵列（UCA）在复杂电磁环境下的抗干扰需求，开发了一套完整的自适应干扰抑制仿真方案。系统通过建立圆阵的空域响应模型，准确获取不同方位与仰角下的阵列流形矢量。核心功能采用基于最小方差无失真响应（MVDR）的自适应波束形成算法，利用接收数据的统计特性实时优化阵列权矢量，从而在保证目标信号方向增益最大化的同时，在多个强干扰方向上自动形成精确且深度的抑制零陷。 项目重点实现了多维度的可视化分析模块，包括生成高分辨率的自适应方向图，提供多个投影方向的二维切面平面图以对比干扰抑制效果，并分别在笛卡尔坐

详 情 说 明

圆阵列自适应干扰抑制与多维可视化系统

项目介绍

本项目是一个基于统一圆阵（UCA）的自适应波束形成仿真系统。它专门设计用于处理复杂电磁环境中的信号接收与干扰抑制任务。系统通过建立精确的物理阵列模型，模拟真实环境中的电磁波传播，并利用自适应滤波算法在指定方向增强目标信号，同时在多个干扰源方向产生深度的能量陷落，从而实现高质量的信号提取。

功能特性

该系统涵盖了从物理层建模到信号处理，再到多维度结果展示的完整流程，其核心能力包括：

• 高精度圆阵物理建模：支持自定义阵元数量、阵列半径以及信号波长，能够精确计算三维空间中的波束矢量。
• 复杂干扰环境仿真：支持模拟单个期望信号与多个具有不同强度的干扰信号，包含独立的信噪比（SNR）与干噪比（INR）设置。
• 自适应深度干扰抑制：采用经典的统计最优准则，能够自动实时优化阵列权矢量，确保在动态环境中依然能精准对准目标并抑制干扰。
• 全方位空间响应分析：提供从二维平面到三维空间的详尽可视化分析，直观展示波束的指向性与侧瓣抑制水平。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2020a 或更高版本。
• 基础工具箱：信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）。
• 硬件建议：具备基础图形渲染能力的计算机，用于流畅显示三维球坐标方向图。

实现逻辑与功能细节

1. 阵列几何与参数初始化 系统首先根据给定的工作频率（1GHz）计算波长，并以此为基础配置 16 阵元的均匀圆阵。阵元均匀分布在 $xy$ 平面上，半径根据相邻阵元间距为半波长的原则进行设定。

2. 信号源与噪声建模 系统模拟了 1000 个快拍的接收数据。其中包含：

• 期望信号：位于特定的方位角与仰角方向。
• 多路干扰：在空间不同位置设置了三个强干扰源，其功率远高于信号功率（30dB-40dB INR）。
• 高斯白噪声：加入复高斯噪声以模拟真实的接收机底噪。

3. 协方差矩阵估计 系统利用采样矩阵求逆（SMI）方法，通过对接收到的观测数据进行统计运算，计算出样本协方差矩阵。该矩阵包含了空间电磁环境的全部统计特征，是后续计算自适应权值的核心依据。

4. 自适应波束形成算法实现 系统核心采用了最小方差无失真响应（MVDR）算法。其基本逻辑是在保证期望信号方向增益恒等于 1（无失真）的约束条件下，通过最小化接收全功率来控制波束。实现中通过对协方差矩阵求逆，结合期望方向的导向矢量，解析计算出最优权矢量，使阵列能在干扰方向自动形成“零陷”。

5. 空间增益扫描计算 为了进行可视化，系统通过双重循环在整个空间（方位角 0-360°，仰角 0-90°）内进行扫描，利用计算出的最优权矢量与每一个角度对应的导向矢量进行内积运算，得出全空间的功率增益分布。

关键可视化模块说明

二维方位切面图 在期望信号所在的仰角面上，展示增益随方位角变化的曲线。该图可以最直观地观察到主瓣是否准确指向目标，以及在干扰方向上形成的抑制陷阱深度（通常可达 -40dB 以下）。

自适应极坐标热图 利用极坐标系展示水平方位的增益分布，符合传统雷达与天线波束测量的习惯，便于观察波束的对称性与空间覆盖能力。

三维笛卡尔增益分布 以方位角和仰角为水平轴，增益（dB）为垂直轴，构建三维网格图。该图能够揭示在全方位-全仰角空间内的全局抑制效果，展示除干扰点外的侧瓣水平。

球坐标系三维空间响应 这是最高级的可视化形式。系统将计算得到的增益作为向量长度，结合球面坐标变换，在三维空间中还原出真实的“波束形状”。颜色深浅代表增益大小，使研究者能够从任意角度观察阵列在空间的立体覆盖特性。

性能指标报告

程序运行结束时，会自动在终端打印仿真结果报告，列出期望信号的方向信息，并定量给出每个干扰源位置的实际抑制深度（dB值），为系统性能评估提供数据支持。