[发明专利]窗函数加权电声换能器发射阵列的波束成形方法

摘要

本发明涉及一种窗函数加权电声换能器发射阵列的波束成形方法，利用通过计算和试验筛选出的符合要求的窗函数对发射阵列各声源的声压幅度比例系数进行加权，得到具有特定窗函数变化规律的一组数值，并将其设定为各个放大器的增益值，或各个电声换能器的灵敏度值，使电声换能器辐射幅度不同的声压，本发明信号处理系统简单，可以根据需求灵活选择相应的窗函数，形成的辐射声场在宽频带工作频率范围内具有几乎不随频率变化的指向性特性，并且具有特定的波束宽度和较小的旁瓣。

主权项

1.一种窗函数加权电声换能器发射阵列的波束成形方法，采用圆弧形发射阵列发射，其特征在于：所述圆弧形发射阵列包括一个信号源，信号源的输出端并联连接有N个放大器，且N≥3，每个放大器的输出端分别连接有一个电声换能器，每个电声换能器的特性相同，并按圆弧形等间距排列，其形成恒定束宽波束的具体方法如下：第一步：设置圆弧形阵列参数：根据所需波束的指向性开角，确定阵列的开角；根据设计公式kL＝10π，确定阵列弧长和低频截止频率，其中k为低频截止频率对应的波数，k＝2πf/c，f为频率，c为声速，L为阵列弧长；根据公式λ＝0.85*L/(N‑1)，确定电声换能器的数量和高频截止频率，其中λ为波长，λ＝c/f；第二步：设定声压幅度比例系数：将N个放大器顺序编号为0、1、2、……n、……、N‑1，按序排列的N个放大器对应的N个电声换能器的声压幅度比例系数为x0、x1、x2、……、xn、……、xN‑1，第n个电声换能器的声压幅度比例系数xn＝w(n)，其中w(n)为窗函数，n＝0和n＝N‑1为窗函数的两个端点；选取n＝0和n＝N‑1两个端点的窗函数值w(0)和w(N‑1)均为0的窗函数，且所述窗函数的余弦傅立叶变换的偶数项之和和奇数项之和的绝对值相等，利用选出的窗函数为N个电声换能器的声压幅度比例系数赋值，将N个放大器的增益分别按照N个声压幅度比例系数值设定；所述窗函数包括：Hann窗函数、Nuttall窗函数、Blackman窗函数、Blackman‑Nuttall窗函数、Blackman‑Harris窗函数、Flattop窗函数、Kaiser窗函数、Dolph‑Chebyshev窗函数、Parzen窗函数、Bohman窗函数、Tukey窗函数、DPSS窗函数或Lanczos窗函数。第三步：发射波束：信号源输出电信号，经N个放大器放大后，分别馈给N个电声换能器，使每个电声换能器分配到的信号幅度满足第二步中选取的窗函数的变化规律，N个电声换能辐射出恒定束宽的声波信号，检测波束宽度随频率变化<5％，即满足恒定束宽的波束形成要求，其中N个放大器的增益为第二步中设定好的固定增益。