[發(fā)明專利]一種基于嵌套陣的多倍頻程恒定束寬波束形成方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310236613.0
• 申請(qǐng)日: 2013-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104242871B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳守虎;吳國(guó)清;馬力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H03H17/02
• 分類號(hào): H03H17/02
• 代理公司: 北京法思騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11318
• 代理人: 楊小蓉,楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于嵌套陣的多倍程恒等束寬波束形成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)采用具有一定空間分布尺度的傳感器陣列接收信號(hào)能夠獲取空間處理增益，從而提高接收信號(hào)的信噪比。但是傳感器陣列的使用也帶來(lái)一些問(wèn)題，例如：如果信號(hào)頻帶較寬時(shí)，使用固定間距和尺度的傳感器陣列進(jìn)行常規(guī)波束形成不能保證在整個(gè)頻帶上波束寬度恒定，這會(huì)引起寬帶信號(hào)的頻域失真，因此如何設(shè)計(jì)寬帶恒定束寬波束形成算法的問(wèn)題就成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

目前，現(xiàn)有技術(shù)的恒定束寬波束形成算法可以在頻域或時(shí)域?qū)崿F(xiàn)。

頻域?qū)崿F(xiàn)方法為：在傅里葉變換后將信號(hào)在頻域上劃分為若干個(gè)子頻帶，對(duì)不同的子頻帶使用窄帶方法進(jìn)行波束形成，最后將各子頻帶的波束輸出相加，得到寬頻帶上的波束輸出。由于上述頻域處理方法基于數(shù)據(jù)塊，而數(shù)據(jù)塊的劃分割裂了時(shí)域信號(hào)的連續(xù)性，因此這種頻域?qū)崿F(xiàn)方法不能給出連續(xù)保真的時(shí)域波形，所以對(duì)于一些諸如測(cè)試測(cè)量等要求較高的信號(hào)處理領(lǐng)域使用基于時(shí)域的處理方法更為合適。

時(shí)域?qū)崿F(xiàn)方法有如下兩種思路：

第一種思路，是把寬帶信號(hào)劃分為若干子頻帶，針對(duì)每個(gè)子頻帶的中心頻率設(shè)計(jì)濾波器，這樣可以保證在子頻帶的中心頻率處波束恒定，其它頻率處存在誤差。若要減小誤差，就需要將頻帶不斷細(xì)分。從這種思路延伸，發(fā)展出對(duì)多頻點(diǎn)設(shè)計(jì)波束與期望波束之間的誤差進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)分析的問(wèn)題。這種處理算法的缺點(diǎn)是要么需要忍受在非中心頻率處的誤差，要么需要將頻帶進(jìn)行足夠的細(xì)分，后者無(wú)疑會(huì)明顯增加信號(hào)處理的計(jì)算量。

第二種思路，是對(duì)不同的子頻帶使用不同孔徑的子陣列組合進(jìn)行處理，每個(gè)子頻帶上都分別進(jìn)行恒定束寬的控制，最后合成各個(gè)子頻帶從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)寬帶上波束的恒定。這種算法實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，陣列結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜，但其控制精度較好，物理意義明確。本發(fā)明是針對(duì)第二種思路發(fā)展出的一種快速算法，因此下面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的第二種設(shè)計(jì)思路予以詳細(xì)說(shuō)明。

圖1給出了一個(gè)倍頻程帶寬內(nèi)的嵌套陣恒定束寬波束形成示意圖，其中短子陣的陣元間距為d，長(zhǎng)子陣的陣元間距為2d，長(zhǎng)子陣的幾何長(zhǎng)度是短子陣的兩倍。從圖1中知，有些陣元是共用的，此即嵌套陣的涵義所在。對(duì)于圖1所示的嵌套陣，子陣（正橫方向上接收）的方向性函數(shù)為：

D(θ,f)=1+2Σn=1Nbncos(nkdjcosθ)1+2Σn=1Nbn=1+2Σn=1Nbncos(n2πfdjcosθ/c0)1+2Σn=1Nbn---(3.1)]]>