一种适用于宽带信号的近场时域波束形成方法

摘要

本发明公开了一种适用于宽带信号的近场时域波束形成方法，根据期望波束图的指标要求，在远场假设条件下，用已有的远场波束形成技术来设计得到远场波束权系数并确定其时域实现结构；根据近场信号源到基阵中心的距离r，对远场波束权系数进行修正来得到近场波束权w_m；确定近场波束形成中修正权系数所需的精确时延量；采用加窗最小平方误差法设计有限冲激响应分数时延滤波器组，以实现近场波束形成中所需的精确时延；将步骤(d)设计的分数时延滤波器组加入到步骤(a)确定的时域波束形成器中，即得到近场时域波束形成器的实现结构。本发明简单有效，适于实时系数更新，且适用于宽带信号，设计复杂度和可行性都得到了较大的改善。

主权项

1.一种适用于宽带信号的近场时域波束形成方法，其特征在于包括下述步骤：(a)根据期望波束图的指标要求，在远场假设条件下，用已有的远场波束形成技术来设计得到远场波束权系数w′_m，并确定其时域波束形成器；(b)根据近场信号源到基阵中心的距离r，对远场波束权系数w′_m进行修正来得到近场波束权w_m，包括以下步骤：首先，第m个阵元上的权系数修正项ψ_m由下式求得ψ_m＝r^-1d_m(r，φ)exp{-jk(r-d_m(r，φ)-x_msinφ)}其中，r为近场点声源到基阵中心的距离，x_m是第m个阵元的位置，φ为设计的波束指向方向，k＝2πf/c，f为信号频率，c为声速；然后，由下式对步骤(a)设计得到的远场波束权系数w′_m进行修正，得到近场波束权w_m＝w′_mψ_m；(c)确定近场波束形成中修正权系数所需的精确时延量，包括以下步骤：根据ψ_m确定近场波束形成中修正权系数所需的精确时延量τ_m(r，φ)，得所需的时延为τ_m(r，φ)＝(r-d_m(r，φ)-x_msinφ)/c；(d)采用加窗最小平方误差法设计有限冲激响应分数时延滤波器组，以实现近场波束形成中所需的精确时延，包括以下步骤：首先，由τ_m(r，φ)求得近场波束形成中修正权系数所需的时延是采样间隔T的D_m(r，φ)＝τ_m(r，φ)/T倍；然后，采用加窗最小平方误差法设计FIR分数时延滤波器组，以实现近场波束形成中所需的精确时延；第m个阵元上的有限冲激响应分数时延滤波器表达式由下式求得其中，n取整数，W[n-D_m(r，φ)]是窗函数时延D_m(r，φ)后的N+1个序列，这里取汉明窗；(e)将步骤(d)设计的分数时延滤波器组加入到步骤(a)确定的时域波束形成器中，即得到近场时域波束形成器的实现结构，包括以下步骤：第m个阵元上的修正项的幅度因子为A_m＝r^-1d_m(r，φ)，将步骤(d)设计得到的各个阵元上的分数时延滤波器系数h_m(n)乘以幅度因子A_m后，再将此有限冲激响应分数时延滤波器组加入到步骤(a)确定的时域波束形成器中，即得到近场时域波束形成器的实现结构。