[发明专利]基于到达角误差约束的宽带波束合成方法及合成器

说明书

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，尤其涉及基于到达角误差约束的宽带波束合成方法及合成器。

背景技术

阵元接收的宽带信号之间存在与频率相关的相位差，所以常规的复数加权直接应用于宽带波束合成时，合成性能并不能达到最佳。宽带波束合成以Frost波束合成器为基础，在实际应用中，由于阵列存在幅相不一致、阵元位置误差、互耦及到达角误差的影响，波束合成性能受到很大的影响，所以稳健性是宽带波束合成关键因素。

稳健宽带波束合成对于实现信号的空域滤波，从而提高期望信号的质量具有重要作用。稳健宽带波束合成可以应用于雷达、声纳、无线通信等阵列信号处理系统中。

Frost波束合成器如图1所示，包括阵元11，时延滤波器12，波束加权器13。设定M个信号接收阵元等距直线分布，不失一般性，假定阵元1处于坐标原点，各阵元的位置分别为r_m＝[(m-1)d 0 0]^T(m＝1，...，M)，信号到达方向r＝(sinφsinθ，sinφcosθ，cosφ)，这里θ和φ分别表示方位角和俯仰角，[]_T表示矩阵转置，d为阵元间距：

d=0.5λ0=0.5cf0---(1)]]>

c、f₀、λ₀分别为光速、载频和波长。在理想阵元假设下，两阵元的时间差就是阵元距离差除以信号传播速度，写成数学表达式：

τ_m＝r·r_m/c

                        (2)

＝(m-1)sinφsinθ/f₀

不失一般性，令φ＝90°，得到阵列响应向量：

a(f,θ)=[1,e-jπf(m-1)sinθ/f0,...,e-jπf(M-1)sinθ/f0]T---(3)]]>

波束合成器由两部分组成，第一部分是采样周期的整数倍时间延时补偿，从而获得接近相干的期望信号，以便于信号矢量的有效叠加获得较大的信号能量；另一部分是波束加权器，起到抑制干扰和噪声的功能。在如图1的延时补偿和加权器的共同作用下，波束合成器响应：