[发明专利]一种多级可控恒低旁瓣自适应波束的形成方法

权利要求书

1.一种多级可控恒低旁瓣自适应波束的形成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：建立以阵列轴向为x轴，x轴的正向为0°的坐标系，并设定多级可调的旁瓣约束线，覆盖整个观察扇面，形成无干扰时的常规波束图，并归一化到1；

步骤2：在所述观察扇面内均匀分布若干个虚拟干扰源；所述虚拟干扰源的初始强度均分别设置为1；

步骤3：形成无干扰时的初始化常规波束图，将波束峰值归一化到1；

步骤4：确定初始化波束的主瓣区域和旁瓣区域；其中，寻找所述常规波束图波束主瓣左、右第一个零点，位于两个零点中间的区域为主瓣区域，位于所述主瓣区域两侧的区域为旁瓣区域；

步骤5：将旁瓣区域波束高度与旁瓣约束线比较，自适应调整所述假定的干扰源的强度；其中包括：在各虚拟干扰源处，比较波束图与旁瓣约束线的高度，自动调整虚拟干扰源的强度，并以此虚拟干扰源为背景得到新的权值和新的波束图，再与旁瓣约束线比较直至收敛退出；

步骤6：将干扰源数据为基础计算最优自适应权向量，遍历预成波束指向、关心的频点，并存储离线权值；其中包括：做预成波束指向、关心的频点的两维循环，得到离线权值矩阵，并以存储；

步骤7：在水声工程的实时系统中上传所述离线权值，在实时系统中导入权值文件，在进行波束形成时，实时计算时按需按序读出，完成恒低旁瓣自适应波束形成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旁瓣约束线由多段折线组成；所述设定多级可调的旁瓣约束线的具体操作为：不同方位设定不同强度的凹陷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中不同方位设定不同强度的凹陷的具体操作包括：在干扰强的方位设定深的凹陷，在干扰次强的方位设定较浅的凹陷，在没有强干扰的方位仅约束最高旁瓣级；所述干扰强的方位是指已知存在强干扰的方位，以干扰为中心左右各5度的范围；所述干扰次强的方位是指强干扰的临近波束，既干扰较弱或存在强干扰波束间窜扰的方位，即在所述干扰强的方位两侧各分别延伸10度的范围；所述没有强干扰的方位是指没有强干扰及其窜扰的方位。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中：在整个观察角内，均匀分布N_Interf个假定的干扰源，方位分别为初始强度设为1；N_Interf的数值大于按度计的角度数；调整权值时每度至少两个干扰源。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于均匀线阵的180°观察空间设定N_Interf＝400。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，常规波束形成的所述常规波束图，由均匀加权权值与阵列流形共轭相乘得到。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在观察扇面内每一度布置一个等强度干扰源；调整权值每度至少两个干扰源。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中，按搜索角度开始循环包括如下步骤：

步骤5.1：观察扇面范围内以0.5°(可调整)为搜索步幅，将波束图数值与预设旁瓣约束线比较，并自动调整虚拟干扰源强度；

步骤5.2：调整虚拟干扰源强度之后，构造虚拟干扰协方差矩阵，并以此计算得到最佳权矢量；

步骤5.3：计算迭代过程中的波束图；

步骤5.4：判断是否符合收敛条件，若收敛则退出；否则重复步骤5.1、步骤5.2、步骤5.3，直至算法收敛，退出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，按搜索角度开始循环还包括：

步骤5.4：退出迭代循环后得到的权值仅为某一个频点、某一个方向的一个权值；将所述权值做预成波束指向、关心的频点的两维循环，以得到离线权值矩阵，并存储。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤5中，开始迭代过程，自动调整干扰源的强度；

第k+1次迭代时的干扰源强度为

其中，

K为一常量因子，称为迭代增益；

表达式如下：

所述步骤6具体为：在步骤5得到虚拟干扰源强度之后，构造虚拟干扰协方差矩阵R_u如下：

自适应阵能根据干扰强度和方位自动调整权矢量，最佳权矢量可以通过下式获得

式中，μ为任意非零标量，u_i为干扰的幅度，设期望信号的方位角为θ₀，则a₀由计算获得；

根据计算得到的权值，计算迭代过程中的波束图D(θ,k+1)，计算[θ_L(k+1),θ_R(k+1)]；

所述步骤5和步骤6中还包括：在迭代循环收敛前，重复执行步骤5和步骤6，直至收敛：D(θ,k)的旁瓣与期望得到的旁瓣基本吻合时，即退出循环；退出迭代循环后得到的权值为某一个频点、某一个方向的权值；再做预成波束指向、关心的频点等两维的循环，得到离线权值矩阵，并以文件形式存储；

所述步骤7中所述实时系统为DSP构建的声呐系统。