一種圓環(huán)形陣列恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種圓環(huán)形陣列恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)方法，針對(duì)均勻圓環(huán)形陣列提出一種簡(jiǎn)單而精確的恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)方法。該方法利用循環(huán)矩陣的特性，給出了圓環(huán)陣最小平方誤差波束圖綜合問(wèn)題的精確解，并將最終合成的波束以及最小平方誤差簡(jiǎn)單地表示為子分量疊加之和。當(dāng)期望波束轉(zhuǎn)換為適當(dāng)形式時(shí)，可得到恒定束寬波束形成器權(quán)值向量的閉式表達(dá)式。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)操作復(fù)雜和不夠精確的不足：最優(yōu)解精確地表示為子分量的疊加和，且有閉式的表達(dá)式。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種圓環(huán)形陣列恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種波束形成器設(shè)計(jì)方法，涉及一種圓環(huán)形陣列恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)方法，適用于圓環(huán)形陣列的寬帶目標(biāo)檢測(cè)以及寬帶目標(biāo)方位估計(jì)，屬于水聲學(xué)、陣列信號(hào)處理和聲納技術(shù)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]圓環(huán)形陣列由于陣型簡(jiǎn)單，沒(méi)有左右舷模糊且能夠在全周向范圍內(nèi)形成基本恒定的波束，因此在聲納、雷達(dá)、通信以及語(yǔ)音工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。關(guān)于該陣列的信號(hào)處理方法也是層出不窮，其中寬帶波束形成方法更是受到了極大的關(guān)注。
[0003]由于常規(guī)陣列輸出的波束是隨頻率變化的，尤其當(dāng)信號(hào)從主瓣其它方向入射時(shí)，不同頻率信號(hào)頻譜就會(huì)發(fā)生畸變，好像進(jìn)行了低通濾波一樣，不利于后續(xù)處理。為解決這一問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)恒定束寬波束形成器，即波束不隨頻率改變，特別是保證主瓣在給定的帶寬內(nèi)恒定不變。此類(lèi)方法已經(jīng)提出很多，主要基于兩類(lèi)思想:(1)利用波束形成中頻率和孔徑的關(guān)系，通過(guò)改變陣列的有效孔徑使得不同頻率對(duì)應(yīng)的波束恒定不變，典型的有文獻(xiàn)IuConstant beamwidth receiving arrays for broad band sonar systems, Acustica, 1970，vol.23 (I)，p.21-26”公開(kāi)的組合陣方法，但該方法要求陣形嚴(yán)格滿(mǎn)足擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，基陣尺寸較大，需要陣元數(shù)目多。(2)在某種準(zhǔn)則下使得需要合成的波束與期望波束逼近，例如文獻(xiàn)2 “任意結(jié)構(gòu)陣列寬帶恒定束寬波束形成新方法，聲學(xué)學(xué)報(bào)，2001，vol.26 (I)，p.55-58”公開(kāi)的Bessel級(jí)數(shù)方法以及文獻(xiàn)3 “基于二階錐規(guī)劃的任意傳感器陣列時(shí)域恒定束寬波束形成，聲學(xué)學(xué)報(bào)，2005，vol.30 (4)，p.309-316”公開(kāi)的凸優(yōu)化方法。雖然這類(lèi)方法很多都適用于任意陣型，但它們未能充分利用圓環(huán)形陣列的特性，沒(méi)有給出精確解析解。文獻(xiàn)4“0n the design of digital broadband beamformer for uniform circular array withfrequency invariant characteristics, IEEE International Symposium on Circuitsand Systems (ISCAS), 2002, vol.1, p.1-693-1-696” 專(zhuān)門(mén)針對(duì)圓環(huán)陣公開(kāi)了一種簡(jiǎn)單的恒定束寬波束形成方法，基本原理是利用相位模態(tài)理論，將不隨頻率改變的量分離出來(lái)，然后擬合期望波束，得到所需要的恒定束寬波束。該方法雖然簡(jiǎn)單，但相位模態(tài)理論涉及空域采樣和級(jí)數(shù)截?cái)?，得到的最終結(jié)果不是精確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種圓環(huán)形陣列恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)操作復(fù)雜和不夠精確的不足。
[0006]技術(shù)方案
[0007]一種圓環(huán)形陣列恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟如下:
[0008]步驟1:確定期望波束為水平范圍內(nèi)的二維波束，由圓環(huán)形陣列在參考頻率理論計(jì)算得到，其表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種圓環(huán)形陣列恒定束寬波束形成器設(shè)計(jì)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(nèi)的二維波束，由圓環(huán)形陣列在參考頻率理論計(jì)算得到，其表達(dá)式為:
【文檔編號(hào)】G10K11/34GK103903609SQ201410146364
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】楊益新, 汪勇, 馬遠(yuǎn)良, 何正耀 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)