[发明专利]一种圆环形阵列实数加权超指向性波束形成方法

说明书

技术领域

本发明属于一种波束形成方法，涉及一种圆环形阵列实数加权超指向性波束形成方法，适用于圆环形阵列的低信噪比目标检测以及目标方位的高分辨率估计，属于水声学、阵列信号处理和声纳技术等领域。

背景技术

圆环形阵列在声纳、雷达、通信以及语音工程等领域都有十分广泛的应用，关于该阵列的波束形成方法也是层出不穷，其中超指向性波束形成方法更是受到了极大的关注。超指向性方法是相对于常规的延迟求和方法而言的，后者对各通道信号进行延时求和处理以提取所需信息，虽然操作简单，性能稳健，但能提供的阵增益和空间指向性十分有限，尤其在较低频段更是如此。另外估计目标方位时存在“瑞利限”，难以较好地分辨低频目标。相比之下，超指向性方法可以在不增加阵列尺寸的前提下，获得超过延迟求和方法所能得到的指向性，或者在同样的指向性条件下大大减小阵列孔径，因此在探测低信噪比目标以及提高目标方位分辨率方面都具有很大的应用潜力。

已有的关于圆环形阵列的超指向性波束形成方法主要有：文献1“任意几何形状和阵元指向性的传感器阵列优化波束形成方法,声学学报,2005,vol.30(3),p.264-270”公开的稳健超指向性方法，此方法虽适用于任意形状的阵列，但对圆环形阵列而言，并不最优。这是因为其未充分利用圆环形阵列的性质，由二阶锥规划求解复数权值向量的计算量偏大，效率较低。文献2“Theoretical and practical solutions for high-order superdirectivity of circular sensor arrays,IEEE Trans.Ind.Electron.,2013,Vol.60(1),p.203-209”公开的特征波束分解与综合方法，该方法给出了圆环形阵列高阶超指向性的精确闭式解，通过一种降秩处理技术获得了不错的超指向性结果，其计算简单，但未考虑超指向性波束旁瓣过高的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种圆环形阵列实数加权超指向性波束形成方法，针对均匀圆环形阵列提出一种实数加权超指向性波束形成方法，可有效减小计算量，提高效率。

技术方案

一种圆环形阵列实数加权超指向性波束形成方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：均匀圆环形阵列第s个阵元接收到的从方向(θ,φ)入射的单位幅度平面波信号为p_s(θ,φ)=e^{-ikasinθcos(φ-φs)}，其中为圆环形阵列半径，k=2π/λ，λ表示入射平面波的波长，φ_s=sβ，β=2π/M；

所述均匀圆环形阵列包含M个阵元，且M为偶数；

步骤2：将p_s(θ,φ)构成阵列流形向量P(θ,φ)=[p₀(θ,φ),p₁(θ,φ),...p_M-1(θ，φ)]^T，然后变换为新的阵列流形向量E^(θ,φ)=[E0(θ,φ),E1(θ,φ),...,EM-1(θ,φ)]T,]]>相应元素的变换关系为：