一种圆环形阵列实数加权超指向性波束形成方法
【专利摘要】本发明涉及一种圆环形阵列实数加权超指向性波束形成方法，利用具有偶数个阵元的均匀圆环形阵列的对称性质，将波束图、指向性因子和误差敏感度函数均变换为实数域的计算形式，且权值向量的维数减小，然后将超指向性波束形成构造为多约束优化问题，在满足旁瓣级和稳健性约束的条件下使得指向性因子最大，最后利用成熟的二阶锥规划方法求解实数权值向量。本发明利用了下述性质克服了计算量偏大的不足：具有偶数个阵元的均匀圆环形阵列的波束图、指向性因子和误差敏感度函数都可以在实数域计算，并且计算维度减小；二阶锥规划在实数域的计算效率高于在复数域的效率。
【专利说明】一种圆环形阵列实数加权超指向性波束形成方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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I “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-ordersuperdirectivity of circular sensor arrays, IEEE Trans.1nd.Electron., 2013, Vol.60 (I)，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】
[0004]要解决的技术问题
[0005]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。
[0006]技术方案
[0007]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:
[0008]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ps(e，Φ)=θ_—.(φ_φ3)，其中I =a为圆环形阵列半径，1?=2π/λ，λ
表示入射平面波的波长，Φ S=s β , β =2 31 /M ；
[0009]所述均匀圆环形阵列包含M个阵元，且M为偶数；
[0010]步骤2 -M ps( θ , Φ)构成阵列流形向量 P ( Θ，Φ) = [ρ0( θ , Φ), θ , Φ ),...Pm^1(θ, Φ)]T，然后变换为新的阵列流形向量教武
【权利要求】
1.一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
【文档编号】G06F19/00GK103902832SQ201410146363
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】杨益新, 汪勇, 马远良, 何正耀 申请人:西北工业大学