[發明專利]一種圓環形陣列恒定束寬波束形成器設計方法

有效

• 申請號: 201410146364.0
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103903609B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 楊益新;汪勇;馬遠良;何正耀
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G10K11/34
• 分類號: G10K11/34
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種圓環形陣列恒定束寬波束形成器設計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：確定期望波束為水平范圍內的二維波束，由圓環形陣列在參考頻率理論計算得到，其表達式為：其中M為陣元個數，(·)^*表示求共軛，p_s(ka,φ)為第s個陣元接收到的從方向φ入射的單位幅度平面波信號，ω_m(k_ra_r)為給定的期望權值向量元素，且需滿足m＝1,2,…,M/2-1；

所述式中：a_r為參考圓環形陣列的半徑，k_r＝2π/λ_r，λ_r表示參考入射平面波的波長,φ_s＝sβ，β＝2π/M；

所述Em(ka,φ)=1MΣs=0M-1e-ismβ·ps(ka,φ);]]>

步驟2：計算期望波束與合成波束的最小均方誤差：δ(ka)=Σm=0M-1|ωm(krar)|2[λ^m(krar)-|λ^m|2/λm(ka)],]]>其中：和λ_m分別為循環矩陣ρ在參考頻率k_ra_r和所要計算頻率ka時的特征值，為循環矩陣的特征值，滿足關系λ_m＝λ_M-m和

所述λ^m(krar)=Σs=0M-1ρs(krar)eismβ,ρs(krar)=J0(kr·Δrsr);]]>

所述λm(ka)=Σs=0M-1ρs(ka)eismβ,ρs(ka)=J0(k·Δrs);]]>

所述λ‾m=Σs=0M-1ρ‾seismβ,ρ‾s=J0((krar)2+(ka)2-2krar·ka·cos(sβ));]]>

式中：J₀(·)是第0階柱形Bessel函數，Δr_sr＝2a_rsin(sβ/2)和Δr_s＝2asin(sβ/2)分別是參考圓環陣和所要研究的圓環陣各自第m和m'個傳感器之間的距離，s＝|m-m′|；

步驟3：計算恒定束寬波束形成器在確定的頻帶范圍內的權值向量，權值向量的第m個元素表達式為：

ωm(ka)=λ‾mλmωm(krar)]]>

構成權值向量為ω＝[ω₀,ω₁,…,ω_M-1]^T，上標T表示轉置；

步驟4：根據權值向量的不同形式，采用以下兩種方法合成最終波束：

1、直接計算：B(ka,φ)=ωHE(ka,φ)=Σm=0M-1ωm*Em(ka,φ)]]>

2、陣元域計算：B(ka,φ)=wHP(ka,φ)=Σm=0M-1wm*Pm(ka,φ)]]>

其中w＝Vω，V＝[v₀,v₁,…,v_M-1]，P(ka,φ)＝[p₀(ka,φ),p₁(ka,φ),…,p_M-1(ka,φ)]^T為陣列流形向量，v_m＝M^-1/2[1?e^imβ…e^i(M-1)mβ]^T為循環矩陣特征向量且滿足關系ka在波束的頻率范圍內取值，該頻率范圍根據設計精度，由步驟2得到的最小均方誤差曲線δ(ka)確定。