[發明專利]一種具有最優旋轉角的低波束旁瓣MIMO聲納陣型

有效

• 申請號: 201710387452.3
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107271989B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 劉雄厚;鄧若凡;孫超;蔣光禹;樊寬
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S7/521
• 分類號: G01S7/521;G01S7/52;G01S15/02
• 代理公司: 61204 西北工業大學專利中心
• 代理人: 華金

本發明涉及一種具有最優旋轉角的低波束旁瓣MIMO聲納陣型，將發射和接收圓環陣的半徑以及兩者的陣元個數約束在一定范圍內，根據已有的成本預算和平臺能夠提供的尺寸在此范圍中選擇合適的陣列半徑和陣元個數，在此基礎上計算出發射圓環陣和接收圓環陣之間的最優旋轉角范圍，從而獲得具有最優旋轉角的低波束旁瓣的MIMO聲納陣型。

技術領域

本發明屬于陣列信號處理領域，特別涉及一種低波束旁瓣MIMO聲納陣型及獲得最優旋轉角確定最優陣型的方法。

背景技術

主動聲納為了獲得360°視角，通常采用單個陣元發射和多元圓環陣接收的陣型，如航空吊放聲納等(支紹龍，劉穎，劉瑩，張紅.FLASH吊放聲納聲學性能及單指向性陣元驗證.中國聲學學會水聲學分會2015年學術會議,2015)。使用該陣型的聲納可以簡化為單輸入多輸出(single-input multiple-output:SIMO)聲納。由于使用均勻圓環陣接收目標場景回波，會出現陣列波束旁瓣處于較高的水平的問題。在陣列結構不變時，為了抑制圓環陣的波束圖旁瓣，波束圖主瓣會隨之展寬，導致角度分辨率下降(H.L.Van Trees,Detection,Estimation,and Modulation Theory,Optimum Array Processing,Wiley Interscience,2002)。為了在保持一定角度分辨率的前提下降低波束圖旁瓣，傳統的方法一般通過增加接收圓環陣陣元個數(接收圓環陣按照半波長布陣)以達到目的。但是，這種方法不但會導致聲納系統成本過高，也會帶來圓環陣陣列尺寸過大難以由小型平臺搭載等問題。

不同于傳統的SIMO聲納，多輸入多輸出(multiple-input multiple-output:MIMO)聲納通過各陣元發射相互正交信號，在接收端進行匹配濾波分離信號并實現波束形成，從而獲得更大的虛擬陣列孔徑(劉雄厚，孫超，卓頡，馬茜，潘浩.一種用于高分辨扇掃成像的MIMO陣列.航空學報,2014,35(9):2540-2550.)。為了獲得期望的陣列孔徑和足夠的自由度，MIMO聲納一般采用稀疏發射陣和密布接收陣進行布陣設計。但是，如此設計的MIMO聲納容易突破陣列尺寸約束，導致其難以應用到小型平臺。因此，如何在一定的陣列尺寸約束下，設計合理的MIMO聲納陣型并結合相應的波束優化以獲得期望的低旁瓣波束圖，成為MIMO聲納在小型平臺上應用過程中急需解決的問題之一。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了在一定的約束下獲得低旁瓣的MIMO聲納陣型，本發明提出一種基于圓環陣結構的低旁瓣MIMO聲納陣列結構及通過尋找最優旋轉角確定最優陣型的方法。本發明將發射和接收圓環陣的半徑以及兩者的陣元個數約束在一定范圍內，根據已有的成本預算和平臺能夠提供的尺寸在此范圍中選擇合適的陣列半徑和陣元個數，在此基礎上計算出發射圓環陣和接收圓環陣之間的最優旋轉角范圍，從而獲得具有低旁瓣波束圖的MIMO聲納陣型。