主权项 |
1、一种宽带频域数字波束形成方法,其特征在于,包括如下步骤:1)对接收阵各阵元接收到的信号进行前置放大;2)在信号处理系统中,对前置放大后的信号进行正交采样得到复包络信号,该正交采样过程包括前置滤波和次级放大,高速模数转换,正交解调,低通滤波以及数据重采样;3)对多通道的连续数据流进行分块处理,将数据流分解为相互重叠,大小为NE×NF的数据块,其中符号NE表示阵元数,NF表示进行傅立叶变换的数据长度;4)对每个数据块沿行方向进行快速傅里叶变换,得到各通道数据的频域形式X(n,k),其中n为阵元标号,k为频率标号;5)计算各阵元在不同波束方向上的相移因子;将不同方向波束编号,成像区域的波束方向θ满足<math> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>θ</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mo>±</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>Z</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>±</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mi>Z</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>,</mo> <mo>±</mo> <mfrac> <mi>m</mi> <mi>Z</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>;</mo> </mrow> </math> 其中m为波束编号,m≤Z,Z为正整数,则对第m号波束,其相移因子P(n,k,m)=(η(n,k))m;<math> <mrow> <mi>η</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>{</mo> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>πd</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>cZ</mi> </mfrac> <mo>·</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <msup> <mi>k</mi> <mo>′</mo> </msup> <mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>F</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow> </math> 其中:<math> <mrow> <msup> <mi>k</mi> <mo>′</mo> </msup> <mo>=</mo> <mfenced open='{' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>k</mi> </mtd> <mtd> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>;</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>F</mi> </msub> </mtd> <mtd> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>;</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> </math> 式中,n为阵元标号,k为频率标号,d(n)为第n阵元相对于阵中心的距离,c为介质中波速,fc为阵元接收信号的中心频率,Fs为正交采样后的对复包络信号的采样率,NF为傅立叶变换的数据长度。6)利用步骤5)得到的相移因子与步骤4)得到的频域数据块进行复数乘法运算,得到各波束方向上的完成补偿的频域数据,对第m号波束,补偿后的频域数据Xm′(n,k)=X(n,k)×P(n,k,m);7)对步骤6)得到的结果进行加和得到该波束方向的频域输出Y(k),对第m号波束,其频域输出<math> <mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mi>Σ</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>E</mi> </msub> </munderover> <msubsup> <mi>X</mi> <mi>m</mi> <mo>′</mo> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>,</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>F</mi> </msub> <mo>;</mo> <mi>m</mi> <mo>=</mo> <mn>1,2</mn> <mo>,</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>.</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>B</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow> </math> 其中NB为波束数目;8)判断是否所有的波束形成完毕,若判断为否,则回到步骤5),进行下一波束的相移因子和波束形成计算,若判断为是,则进入步骤9);9)对所有频域波束输出数据进行逆快速傅立叶变换,拼接相邻数据块,得到连续时域波束输出。 |