[发明专利]一种多波束测深声纳多子阵波束锐化方法

摘要

本发明涉及一种多波束测深声纳多子阵波束锐化方法。本发明包括：对换能器阵列接收到的原始信号进行正交变换，得到所需的解析信号；利用子阵划分器，对得到的解析信号进行子阵划分，将信号划分为在空间上具有重叠的4个子阵，并将子阵划分为2个子波束组；对每个子阵进行常规波束形成，分别对子阵1和子阵4组成的子波束组A和子阵2和子阵3组成的子波束组B进行第一级锐化波束形成；对子波束组A和子波束组B锐化波束形成后的输出作为下一级锐化波束形成的输入，进行第二级锐化波束形成，其输出即为锐化多波束输出。本发明能够在较小的运算量情况下完成对“隧道效应”的抑制。

主权项

1.一种多波束测深声纳多子阵波束锐化方法，其特征在于，包含以下几个步骤：(1)对换能器阵列接收到的原始信号进行正交变换，得到所需的解析信号；(2)利用子阵划分器，对得到的解析信号进行子阵划分，将信号划分为在空间上具有重叠的4个子阵，并将子阵划分为2个子波束组；(3)对每个子阵进行常规波束形成，分别对子阵1和子阵4组成的子波束组A和子阵2和子阵3组成的子波束组B进行第一级锐化波束形成；(4)对子波束组A和子波束组B锐化波束形成后的输出作为下一级锐化波束形成的输入，进行第二级锐化波束形成，其输出即为锐化多波束输出；所述的换能器阵列共有M阵元，则设计每个子阵长度为N，1子阵与2子阵之间间隔阵元数为N1，2子阵与3子阵之间间隔阵元数为N2，3子阵与4子阵之间间隔阵元数为N1，则子阵划分需满足关系式M＝4N‑2N1‑N2；各子阵的空间位置可分别为：X1＝[(‑M/2+0.5):1:(N‑M/2‑0.5)]*DX2＝[(‑M/2+N‑N1+0.5):1:(N2/2‑0.5)]*DX3＝[(‑N2/2+0.5):1:(M/2‑N+N1+0.5)]*DX4＝[(M/2‑N+0.5):1:(M/2‑0.5)]*D其中D为阵元间距；步骤(1)中需要对换能器阵元接收到的原始信号进行正交变换，得到所需的解析信号；具体实施过程是由正交系数生成器按照采样时间片生成正交系数，与阵元信号s(i,n)相乘，得到解析信号其中s(i,n)表示第n时间片下第i阵元接收到的信号，f0为信号频率，fs为采样频率；步骤(3)首先对每个子阵进行常规波束形成，需要按照阵元的不同位置生成加权向量：其中θk为预成波束角度，之后对子阵信号进行常规波束形成：将子阵1和子阵4组成子波束组A，子阵2和子阵3组成子波束组B分别作为输入，进行第一级锐化波束形成，结果输出至第二级锐化波束形成的输入；以子波束组A为例，锐化波束形成可以表示为：其中，RS1为子阵1和子阵4的和波束，表示为RS1＝|RCBF1|+|RCBF4|；RD1为子阵1和子阵4的差波束，表示为RD1＝|RCBF1‑RCBF4|；ns为锐化系数，选择范围在(0.3,1)，可以根据不同波束角度选取不同值，用以得到预期的束宽；则子波束组A的锐化波束形成可表示为：RS1＝|RCBF1|+|RCBF4|RD1＝|RCBF1‑RCBF4|子波束组B的锐化波束形成可表示为：RS2＝|RCBF2|+|RCBF3|RD2＝|RCBF2‑RCBF3|步骤(4)利用子波束组A和子波束组B锐化波束形成后的输出，进行第二级锐化波束形成，其输出即为锐化多波束输出；第二级锐化波束形成可表示为：RSH＝|RHBF1|+|RHBF2|RDH＝|RHBF1‑RHBF2|RNBF即为锐化多波束输出。