一种基于相位滤波的波束形成方法

摘要

本发明涉及声纳信号处理领域，主要是一种基于相位滤波的波束形成方法，根据分裂波束的相位差序列，对波束形成的结果进行相位滤波，得到基于相位滤波的波束形成输出。本发明有益的效果：本发明提供了一种新型的，计算方法简单，计算量小，易于实现的基于相位滤波的波束形成方法，充分利用了相位信息，使波束的主瓣变窄，尽可能的抑制了波束主轴以外方向的混响回波信号，提高后续波达时间(TOA)估计的精度。

主权项

1.一种基于相位滤波的波束形成方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：步骤一：采用M元任意阵型接收阵的接收信号，前置预处理后利用信号的希尔伯特变换，得到阵元输出信号的解析信号为：$\tilde{x}\left(n\right)={[{\tilde{x}}_1\left(n\right),{\tilde{x}}_2\left(n\right),...,{\tilde{x}}_M\left(n\right)]}^T---\left(1\right)$其中，为第1，2...，M号阵元输出信号的解析信号，上标“T”表示转置；步骤二：把基阵分成两个子阵，第1，2，...，N号阵元组成阵A，第L，L+1，...，M号阵元组成阵B，那么两个子阵各自输出信号的解析信号为：${\tilde{x}}_A\left(n\right)={[{\tilde{x}}_1\left(n\right),{\tilde{x}}_2\left(n\right),...,{\tilde{x}}_N\left(n\right)]}^T---\left(2\right)$${\tilde{x}}_B\left(n\right)={[{\tilde{x}}_L\left(n\right),{\tilde{x}}_{L+1}\left(n\right),...,{\tilde{x}}_M\left(n\right)]}^T---\left(3\right)$步骤三：假设要形成θ方位的波束，则整阵和A、B两个子阵波束形成的驾驶向量分别为：W(θ)＝[w₁(θ)，w₂(θ)，…，w_M(θ)]        (4)W_A(θ)＝[w₁(θ)，w₂(θ)，…，w_N(θ)]       (5)W_B(θ)＝[w_L(θ)，w_L+1(θ)，…，w_M(θ)]     (6)其中，w_j(f，θ)＝exp(j2πfτ_j(θ))为第j号阵元的驾驶向量，τ_j(θ)为第j号阵元到参考点的时延补偿，j＝1，2，…，N，则θ方位的整阵和A、B两个子阵波束输出分别为：$y(\theta .n)=W{\left(\theta \right)}^{\prime }*\tilde{x}\left(n\right)$$y_A(\theta ,n)=W_A{\left(\theta \right)}^{\prime }*{\tilde{x}}_A\left(n\right)---\left(8\right)$$y_B(\theta ,n)=W_B{\left(\theta \right)}^{\prime }*{\tilde{x}}_B\left(n\right)---\left(9\right)$步骤四：计算子阵A和B的相位差序列为：其中，angle[□]表示对序列求相位，上标“*”表示求共轭，当接收到海底回波信号时，两子阵的相位差序列的值处于零点附近，设定一个相位差门限值δ，使当相位差序列大于δ时，y(θ，n)为零，则θ方位的所要求得的波束输出结果为：