[发明专利]基于时间调制线性阵列的超波束形成方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于时间调制线性阵列的超波束形成方法及系统，该方法包括步骤：构建时间调线性制阵列左、右子阵列的阵列因子；根据所需的波束指向角和旁瓣，确定左、右子阵列中每个阵元的复权值；根据复权值，确定左、右子阵列中每个阵元的开关时间；左、右子阵列根据得到的开关时间进行调制产生波束，对波束谐波进行提取得到左、右波束；对左、右波束进行和差运算，得到和、差波束；通过和、差波束得到超波束。本发明有效锐化了时间调制阵列所产生的谐波波束，同时降低了波束的旁瓣电平，得到了比传统谐波波束性能更优的超波束。

技术领域

本发明属于阵列信号处理领域，具体涉及一种基于时间调制线性阵列的超波束形成方法及系统。

背景技术

超波束形成是一种利用旁瓣相消来减小波束宽度和旁瓣电平的波束形成技术，最早应用于声纳探测、声学定位等领域。传统的波束形成方法如最小均方算法和递推最小二乘算法的性能在不同信噪比的情况下差异较大，而通过使用超波束形成技术，可以提高信噪比、锐化波束、降低峰值旁瓣电平。

时间调制阵列是一种基于射频开关的阵列，相比于传统阵列或相控阵列，其采用时间作为控制方式，更为灵活。目前，时间调制阵列被广泛研究，基于时间调制阵列的谐波波束形成技术被大量探索。在时间调制阵列中，通过控制开关时间即可降低谐波波束的旁瓣，同时降低边带电平。对于时间调制阵列，降低波束宽度的方法一般是通过提升阵列口径实现，这会增加系统的硬件开销，提高系统的成本，增加空间体积。而通过采用超波束形成技术可以在阵列口径不变的情况下得到旁瓣很低的窄波束，因此超波束技术可以被用于解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时间调制线性阵列的超波束形成方法及系统，有效降低时间调制阵列所产生谐波的波束宽度、旁瓣电平，减小了系统硬件成本和占用空间。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于时间调制线性阵列的超波束形成方法，包括步骤：

构建时间调线性制阵列左、右子阵列的阵列因子；

根据所需的波束指向角和旁瓣，确定左、右子阵列中每个阵元的复权值；

根据复权值，确定左、右子阵列中每个阵元的开关时间；

左、右子阵列根据得到的开关时间进行调制产生波束，对波束谐波进行提取得到左、右波束；

对左、右波束进行和差运算，得到和、差波束；

通过和、差波束得到超波束。

进一步的，所述构建时间调线性制阵列左、右子阵列的阵列因子AF_l(θ，t)和AF_r(θ，t)分别为：

其中，ω₀＝2πf₀表示载频信号的角频率，f₀表示载频信号的频率，N表示阵元总数，θ表示入射信号的角度，ω_p＝2π/T_p表示开关信号的角频率，T_p表示开关周期，和分别表示和的傅里叶级数，和分别表示左、右子阵列的第n个阵元的开关函数，和为：

式中，k表示波数，h表示谐波的级数，和分别表示左、右子阵列中第n个阵元的开关时间。

进一步的，所述左、右子阵列中每个阵元的复权值为：

式中，和表示左、右子阵列中第n个阵元的复权值，和表示左子阵列第n个阵元的幅度和相位，和表示右子阵列第n个阵元的幅度和相位。