[发明专利]一种基于下变频波束形成中的多普勒频移校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于下变频波束形成中的多普勒频移校正方法。

背景技术

波束形成技术广泛应用于雷达信号处理、通信信号处理和声纳信号处理中，它可以将某个方向的信号放大，抑制其它方向的回波信号，提高确定方向的信噪比。波束形成一般采用延时加权求和法。多波束测深声纳需要进行横摇(Roll)的姿态稳定，通常采用延时加权求和的方法进行波束形成。而下变频波束形成方法需要对阵列信号进行解调，并对基带信号进行复数延时加权求和，由于基带信号变化率较慢，可以以较低的信号采样率实现高精度的延时加权求和，该下变频波束形成方法与实数域延时加权求和法相比节省了大量计算量。

目前，载体的三维运动引起的多普勒频移是测距系统中的重要误差源之一，一般认为在波束形成中多普勒频移对线性调频信号和简单脉冲信号的相位有影响，而对信号幅度和指向性没有影响。但是，在本文中通过理论推导和分析表明：由于多普勒频移解调后的信号并没有搬移至零频，从而引入了随机相位误差，该随机相位误差能够影响波束形成指向，产生测深误差，对线性调频信号和简单脉冲信号都会产生影响。

发明内容

本发明的目的在于，为克服多普勒频移对下变频波束形成的影响，从而导致形成的波束信号出现指向及相位误差的技术问题，提供一种基于下变频波束形成中的多普勒频移校正方法，利用该校正方法校正下变频波束形成中的多普勒频移，能够消除随机相位误差和指向误差。

为实现上述目的，本发明提供一种基于下变频波束形成中的多普勒频移校正方法。该多普勒频移校正方法包括：

步骤1)以各子阵的延时参考点所接收的阵列信号进行AD采样，得到该延时参考点的数字信号；

步骤2)计算每个子阵中各基元与该子阵延时参考点的延时差，并利用步骤1)中的数字信号计算得出各基元的数字信号；

步骤3)将步骤2)中得到的各基元的数字信号进行正交解调，得到各基元的复信号，并将该复信号进行升采样；

步骤4)将步骤3)中升采样后的各基元的复信号进行载波相位补偿，该载波相位的补偿项为其中，f_k为第k个频带信号的中心频率，k＝1,2…,K，K表示频带信号个数，τ_m表示子阵中各基元与该子阵延时参考点的延时差，m＝1,2…M，M表示线阵的基元个数；

步骤5)将步骤4)中载波相位补偿后的复信号进行加权求和，生成波束信号；

步骤6)对步骤5)中生成的波束信号进行随机相位误差补偿，该随机相位误差的补偿项为其中，f_d表示多普勒频移，f_s1为延时加权求和之前的信号速率，表示四舍五入取整运算，R为实时的横摇值，θ为波束形成的指向角，l₀为阵元间距，c为瞬时的声速值；

步骤7)将计算得出的连续子阵间的理论相位差对步骤6)中生成的波束信号进行补偿，并同时补偿多普勒频移产生的相位其中，τ₀＝d₀sin(θ+Roll)/c，d₀表示两连续子阵的延时参考点间距离。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1)的每个子阵中各基元与该子阵延时参考点的延时差表示为：其中，θ为波束形成的指向角，l₀为阵元间距，c为瞬时的声速值，m＝1,2…M，M表示线阵的基元个数，R为实时的横摇值。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1)中延时参考点的数字信号的复信号表示为：

其中，t为时间，经数字采样后t＝n/f_s，n为数字采样序列序号，f_s为采样频率，f_k为第k个频带信号的中心频率，k＝1,2…,K，K表示频带信号个数，f_d表示多普勒频移，表示下变频后的基带信号的复信号形式。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤3)中的正交解调所得到各基元的复信号表示为：

其中，表示在正交解调前第m个基元接收到数字信号的复信号。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5)中生成的波束信号表示为：

其中,a_m为波束形成的加权系数，f_s1为延时加权求和之前的信号速率，表示四舍五入取整，R为实时的横摇值。

本发明的一种基于下变频波束形成中的多普勒频移校正方法的优点在于：