[發(fā)明專利]一種具有最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角的低波束旁瓣MIMO聲納陣型

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710387452.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN107271989B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉雄厚;鄧若凡;孫超;蔣光禹;樊寬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/521
• 分類號(hào): G01S7/521;G01S7/52;G01S15/02
• 代理公司: 61204 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 華金

1.一種具有最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角的低波束旁瓣MIMO聲納陣型，其特征在于：所述聲納陣型包括一個(gè)M元發(fā)射圓環(huán)陣和一個(gè)N元接收?qǐng)A環(huán)陣，兩個(gè)圓環(huán)陣同心平行排列，兩個(gè)圓環(huán)陣的間距L_D的取值范圍是信號(hào)中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λ的0.5倍到2倍；發(fā)射圓環(huán)陣由M個(gè)發(fā)射陣元組成，接收?qǐng)A環(huán)陣由N個(gè)接收陣元組成；接收?qǐng)A環(huán)陣相鄰兩個(gè)接收陣元之間的弧長(zhǎng)為發(fā)射信號(hào)中心頻率波長(zhǎng)的一半；旋轉(zhuǎn)角大于等于0度且小于360/N度；其中旋轉(zhuǎn)角定義為：首先在發(fā)射圓環(huán)陣所在的平面上建立一個(gè)平面直角坐標(biāo)系xOy，將發(fā)射圓環(huán)陣圓心所在的位置定義為原點(diǎn)O，任選發(fā)射圓環(huán)陣的一個(gè)陣元作為發(fā)射陣的第一個(gè)陣元，以原點(diǎn)和發(fā)射陣的第一個(gè)陣元的幾何中心的連線作為Ox軸，規(guī)定從原點(diǎn)O到發(fā)射陣的第一個(gè)陣元的幾何中心的方向?yàn)閤軸的正方向，垂直于Ox軸的直線為Oy軸；將xOy平面的法線作為Oz軸，建立空間直角坐標(biāo)系xOyz，合理選取z軸的正方向和y軸的正方向，使空間直角坐標(biāo)系xOyz是右手系；在接收?qǐng)A環(huán)陣所在的平面上建立一個(gè)平面直角坐標(biāo)系x₁O₁y₁，將接收?qǐng)A環(huán)陣圓心所在的位置定義為原點(diǎn)O₁，與Ox軸平行的直線作為O₁x₁軸，x₁軸的正方向與x軸的正方向同向，與Oy軸平行的直線作為O₁y₁軸，y₁軸的正方向與y軸的正方向同向；在平面直角坐標(biāo)系x₁O₁y₁中，將N個(gè)接收陣元的幾何中心與原點(diǎn)O₁連線，形成N條直線；以x₁軸為始邊，N條直線為終邊，沿逆時(shí)針方向構(gòu)成N個(gè)角度；定義在這N個(gè)角度中，最小的角度對(duì)應(yīng)的陣元為接收陣的第一個(gè)陣元；規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)檎较颍欢x以x₁軸為始邊，接收陣的第一個(gè)陣元的幾何中心投影到xOy平面的投影點(diǎn)與原點(diǎn)O連線為終邊，構(gòu)成的角度為旋轉(zhuǎn)角，用字母表示；M元發(fā)射圓環(huán)陣的陣型有兩種：第一種是M元均勻圓環(huán)陣并且圓心位置沒有發(fā)射陣元，第二種是M-1元均勻圓環(huán)陣并且圓心位置有1個(gè)發(fā)射陣元；所述最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角通過以下步驟獲得：

步驟一：初始參數(shù)設(shè)置：

(1)在最初所取的陣列結(jié)構(gòu)下，通過改變旋轉(zhuǎn)角的取值，得到具有不同旋轉(zhuǎn)角的陣型：令即可，其中<>表示用四舍五入的方法取整數(shù)的運(yùn)算，N是接收陣元個(gè)數(shù)，Z是整數(shù)集；旋轉(zhuǎn)角的變化間隔滿足單位為角度；

(2)主瓣指向角θ₀：針對(duì)一個(gè)具有任意旋轉(zhuǎn)角的MIMO聲納陣型，在主瓣指向不同的角度θ₀時(shí)進(jìn)行波束形成，主瓣指向角θ₀滿足θ_0，min≤θ₀≤θ_0，max；如果選擇第一種發(fā)射陣型，最小的主瓣指向角θ_0，min滿足0°≤θ_0，min≤360°-min{[360/M，360/N]，360}°，最大的主瓣指向角θ_0，max滿足θ_0，max＝θ_0，min+min{[360/M，360/N]，360}°-Δθ₀，如果選擇第二種發(fā)射陣型，最小的主瓣指向角θ_0，min滿足0°≤θ_0，min≤360°-min{[360/(M-1)，360/N]，360}°,最大的主瓣指向角θ_0，max滿足θ_0，max＝θ_0，min+min{[360/(M-1)，360/N]，360}°-Δθ₀；其中min{a,b}表示取括號(hào)內(nèi)的數(shù)a,b的最小值，[a,b]表示求括號(hào)內(nèi)的數(shù)a,b的最小公倍數(shù),M是發(fā)射陣元個(gè)數(shù)，N是接收陣元個(gè)數(shù)，Δθ₀是進(jìn)行波束形成的主瓣指向角的變化的間隔，0°≤Δθ₀≤5°；那么，針對(duì)一個(gè)陣型，進(jìn)行波束形成的次數(shù)K＝<(θ_0，max-θ_0，min)/Δθ₀>+1，其中<>表示用四舍五入的方法取整數(shù)的運(yùn)算；

步驟二：根據(jù)期望的平均旁瓣級(jí)的范圍，確定最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角的范圍

子步驟一：針對(duì)步驟二種所選取的陣型，獲得某個(gè)主瓣指向θ₀下的波束圖，得到該陣型波束圖的旁瓣級(jí)改變主瓣指向θ₀，獲得某個(gè)旋轉(zhuǎn)角下的一組多個(gè)不同主瓣指向下的波束圖的旁瓣級(jí)；改變旋轉(zhuǎn)角可以獲得多組不同旋轉(zhuǎn)角下的波束圖的旁瓣級(jí)；

子步驟二：根據(jù)子步驟一中的不同旋轉(zhuǎn)角下的波束圖的旁瓣級(jí)，求具有不同旋轉(zhuǎn)角的陣型的平均旁瓣級(jí)

子步驟三：由期望的平均旁瓣級(jí)的范圍確定最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角的范圍；其中期望的平均旁瓣級(jí)的范圍滿足：代表在子步驟二得到的所有的平均旁瓣級(jí)中最小的平均旁瓣級(jí)，代表在子步驟二得到的所有的平均旁瓣級(jí)中最大的平均旁瓣級(jí)；則最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角范圍可由下列集合確定：其中∈表示屬于，表示使得平均旁瓣級(jí)小于等于期望旁瓣級(jí)的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角的集合；

步驟三：在步驟二中得到的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角的范圍中，任取一個(gè)值，作為最初所取的陣列結(jié)構(gòu)下最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角，從而獲得具有最優(yōu)旋轉(zhuǎn)角的低波束旁瓣MIMO聲納陣型。