[发明专利]一种基于互质阵列的虚拟波束形成方法

摘要

本发明公开了一种基于互质阵列的虚拟波束形成方法，先布设多个阵元形成互质阵列，对不同空间方向上多个非相关信号源的入射信号进行多快拍采样；再对不同相关间隔的相关函数值进行时间平均估计；再基于相关间隔与互质阵列差协同阵虚拟阵元位置的对应关系，提取具有连续相关间隔的相关函数值，构造差协同阵中均匀密布虚拟阵元的等效单快拍信号；最后根据均匀密布虚拟阵元位置分布设计权向量，对等效的单快拍信号进行加权叠加得到输出波束。本发明利用了互质阵列的差协同阵中大部分虚拟阵元均匀密布的特点，解决了现有稀疏子阵列波束联乘方法存在的旁瓣干扰、不适用于多信号源的问题，并且有效地提高了波束信噪比，增强了抗噪声能力。

主权项

一种基于互质阵列的虚拟波束形成方法，其特征在于：包括以下步骤：1)布设多个阵元形成互质阵列，对不同空间方向上多个非相关信号源的入射信号进行多快拍采样；2)利用互质阵列采集的多快拍信号，对互质阵列的相关矩阵中，不同相关间隔的相关函数值进行时间平均估计；3)基于相关间隔与互质阵列差协同阵虚拟阵元位置的对应关系，提取具有连续相关间隔的相关函数值，构造差协同阵中均匀密布虚拟阵元的等效单快拍信号；4)根据均匀密布虚拟阵元位置分布设计权向量，对等效的单快拍信号进行加权叠加得到输出波束；其中，步骤1)具体方式为：将N+2M－1个阵元摆放为包含两个均匀稀疏子阵列的互质阵列，阵元位置为：x＝{Mnd0,0≤n≤N‑1}∪{Nmd0,1≤m≤2M‑1}   (1)式(1)中，d0为半波长的单位间隔，当工作频率为f0时d0＝λ/2＝c/2f0；当功率分别为的L个互不相关的信号源沿各自对应方向θ1,θ2,…,θL入射至互质阵列，则在第k个快拍采样时刻的接收信号矢量表示为：y(k)=[y1(k),y2(k),...,yN+2M-1(k)]=A×s(k)+ϵ(k)---(2)]]>式(2)中，s(k)＝[s1(k),s2(k),…,sL(k)]T为源信号矢量，上标T表示矩阵转置；ε(k)为空域和时域的白噪声矢量；A是互质阵列操纵矩阵，A中第(i,l)个元素表示为：[A]i,l=ejk0xisin(θl),i=1,2,...,N+2M-1;l=1,2,...,L---(3)]]>式(3)中，xi为互质阵列中第i个阵元的位置，θj是第j个信号源的入射方向，k0＝2πf0/c为波数，c为自由空间光速；若互质阵列共进行了K次快拍采样，形成的信号矩阵表示为：Y＝[y(1),y(2),…,y(K)]       (4)。