[發(fā)明專利]一種非參數(shù)型高分辨波束形成方法與裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810147305.X
• 申請(qǐng)日: 2008-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN101470195A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宇;王福釙;黃海寧;李淑秋;張春華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01S7/52
• 分類號(hào): G01S7/52
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王 勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲納陣列信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種非參數(shù)型高分辨波束形成方法與裝置。

背景技術(shù)

高分辨波束形成是聲納陣列信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題，所謂“高分辨”主要是指所采用的波束形成方法相對(duì)于普通的時(shí)延(相移)波束形成方法具有更高的方位分辨能力。常用的高分辨波束形成方法主要可以分為參數(shù)型和非參數(shù)型兩種，其中，參數(shù)型方法是指在信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性先驗(yàn)已知的條件下能夠取得高分辨的陣列信號(hào)處理方法，如多重信號(hào)分類方法(MUSIC)、基于旋轉(zhuǎn)不變技術(shù)的信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法(ESPRIT)。非參數(shù)型方法是指在信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性先驗(yàn)未知的條件下依然能夠取得高分辨的陣列信號(hào)處理方法，如Capon方法(P.Stoica?and?R.Moses，Spectral?Analysis?ofSignals，Prentice?hall，pp275-341，2005)。

2000年，H.Schlieter等人根據(jù)兩個(gè)子陣之間的和差運(yùn)算得到一種稱為“超波束”(Hyperbeam)技術(shù)，這種技術(shù)屬于一種較好的非參數(shù)型方法，相比于傳統(tǒng)的波束形成方法，可以得到更高的分辨性能和旁瓣水平。(參見：H.Schlieter，Method?for?the?formation?of?radiated?beams?in?directionfinder?systems，US?Patent?6021096，F(xiàn)eb.2000；H.Schlieter，Method?forthree-dimensional?beam?forming?in?direction?finding?sys?tems，US?Patent6178140，Jan.2001；H.Schlieter，Passive?sonar?detection?improvementby?HyperBeam?technique，UDT?Europe?2006，Hamburg，Genmany)。

然而，由于水聲信道的時(shí)空起伏性，需要確切掌握一定的信道先驗(yàn)知識(shí)的參數(shù)型高分辨波束形成方法在實(shí)際的水聲應(yīng)用中并不適用，因此，實(shí)際水聲應(yīng)用中一般使用的是非參數(shù)型波束形成方法。而“超波束”方法雖然能夠取得比傳統(tǒng)波束形成方法更高的分辨性能和旁瓣水平，但是由于其只將陣列分成兩個(gè)子陣列進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)低次旁瓣的抑制水平有限。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)低次旁瓣的抑制水平有限的缺陷，通過對(duì)多個(gè)子陣的波束輸出進(jìn)行線性加權(quán)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)高分辨的目的，本發(fā)明提供了一種基于多子陣的非參數(shù)型高分辨波束形成方法與裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種非參數(shù)型高分辨波束形成裝置，包括：

接收水聽器陣、多個(gè)子陣列波束形成器、邏輯運(yùn)算器和波束合成器；

其中，所述接收水聽器線列陣用于采集水聲信號(hào)數(shù)據(jù)，并將水聲信號(hào)數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)子陣列形成的信號(hào)；所述多個(gè)子陣列波束形成器分別與所述接收水聽器陣相連，用于對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行普通波束形成；所述邏輯運(yùn)算器用于對(duì)所述普通波束進(jìn)行邏輯運(yùn)算，獲得積累波束旁瓣估計(jì)；所述波束合成器用于對(duì)所述積累波束旁瓣估計(jì)進(jìn)行開方運(yùn)算，合成高分辨波束。

所述裝置還包括冪運(yùn)算器，用于對(duì)邏輯運(yùn)算器輸出的積累波束旁瓣估計(jì)進(jìn)行冪運(yùn)算，并輸出給所述波束合成器，其中冪運(yùn)算器的冪次通常取1或者2；所述波束合成器對(duì)所述冪運(yùn)算器的輸出進(jìn)行相減后進(jìn)行對(duì)應(yīng)開方運(yùn)算。

其中，所述邏輯運(yùn)算器包括：多個(gè)減法器、多個(gè)絕對(duì)值器、多個(gè)分類求和器以及加權(quán)求和器；

其中，所述多個(gè)減法器分別與一個(gè)或者多個(gè)子陣列波束形成器相連，對(duì)所述普通波束進(jìn)行逐對(duì)的減法運(yùn)算，獲得對(duì)波束旁瓣的估計(jì)；所述多個(gè)絕對(duì)值器中每一個(gè)與對(duì)應(yīng)的一個(gè)減法器相連，用于對(duì)所連接的減法器的輸出取絕對(duì)值；所述分類求和器分別與對(duì)應(yīng)的絕對(duì)值器相連接，用于對(duì)絕對(duì)值器的輸出進(jìn)行歸類求和，獲得分類的積累波束旁瓣估計(jì)；所述加權(quán)求和器和多個(gè)分類求和器相連接，對(duì)歸類求和器的輸出進(jìn)行加權(quán)求和，獲得加權(quán)的積累波束旁瓣估計(jì)。

其中，所述子陣列波束形成器可以使用寬帶延時(shí)波束形成或者是窄帶頻域波束形成。

其中，所述減法器首先對(duì)相鄰的子陣列波束形成器的輸出相減，然后對(duì)相隔一個(gè)子陣的子陣列波束形成器的輸出相減，直至陣列兩端的子陣列波束形成器的輸出相減。

其中，所述分類求和器按子陣列之間的距離對(duì)所述減法器的輸出進(jìn)行分類求和，同時(shí)對(duì)子陣列的波束形成結(jié)果求和。