[发明专利]一种近场聚焦波束形成定位法

权利要求书

1.一种近场聚焦波束形成定位法，该方法基于扩展拖曳阵被动合成孔径方法先得到虚拟阵列各阵元接收的信号在所要处理的频带范围[f_min，f_max]内的频域响应，然后，利用近场聚焦波束形成定位法对目标进行精确定位；其中，频带范围[f_min，f_max]根据实际需要进行选取，只需满足f_min＞0，f_max不大于数据采样率的一半即可。

2.根据权利要求1所述的近场聚焦波束形成定位法，其特征在于，所述的扩展拖曳阵被动合成孔径方法包括具体步骤如下：

步骤1.1)：线阵中M个阵元在拖曳过程中接收声压时域信号，其中，M为线阵阵元数目，M为不小于2的整数；取ML+1次快拍的数据，每个快拍数据包含M路声压信号，其中，ML是孔径扩展的次数，ML＞0，根据实际需求来选取；按半个实际阵列的长度作为一次孔径扩展的长度，即每次孔径扩展时重叠M/2个阵元，按照式(1)计算两次扩展即两个快拍之间的时间间隔；

τ=M2·d/v---(1)]]>

其中，d为阵元间距，根据实际需要来确定，通常d∈[0.1m，10m]；v为拖曳阵运动速度，v≥3m/s，不过进行同样次数的孔径扩展，速度越大，需要累积的时域数据越少；

步骤1.2)：对相邻两个快拍如k、k+1个快拍声压时域信号做傅立叶变换，得到相应的M路频域信号，第m个阵元的第k快拍按式(2)数据变换过程：

xk,m(t)⇒FFTXk,m(fi),m=1,2,...,M---(2)]]>

其中，0＜k≤ML；

步骤1.3)：针对需要处理的频带范围[f_min，f_max]，根据第k快拍和第k+1快拍的M/2对重叠阵元按式(3)计算得到M/2个相位差再取加权平均得到相位扰动ψ_k+1(f_i)，

ψk+1(fi)=arg{Σm=1M/2Xk,M/2+m(fi)×Xk+1,m*(fi)×ρm(fi)Σm=1M/2ρm(fi)}---(3)]]>

其中，ρ_m(f_i)表示第m阵元频率f_i的补偿因子，其公式为式(4)：

ρm(fi)=|Σi=-Q/2Q/2Xk,M/2+m(fi)×Xk+1,m*(fi)|Σi=-Q/2Q/2|Xk,M/2+m(fi)|2×Σi=-Q/2Q/2|Xk+1,m*(fi)|2---(4)]]>

其中，Q是补偿因子的频带宽度；

步骤1.4)：对第k+1快拍第M/2+1～M阵元信号的不同频率分量分别进行相位补偿，将其虚拟成第k快拍的第M+1～M+M/2阵元，依次类推，这M/2个阵元信号可以虚拟成为第1快拍的第M+M/2·(k-1)+1～M+M/2·(k-1)+M/2阵元，也就是说每进行一次孔径合成，可以虚拟出M/2个阵元，如式(5)：

Xk+1,M/2+m(fi)⇒*exp(-ψk+1(fi))Xk,M+m(fi)⇒*exp(-Σj=2kψj(fi))X1,M+M/2*(k-1)+m(fi)---(5);]]>

步骤1.5)：判断是否进行了ML次孔径合成；如果是，则虚拟得到个阵元接收的信号在[f_min，f_max]范围内的频域响应，其中，MM是扩展后的拖曳阵阵元数，由实际阵元数和孔径扩展次数计算得到；如果不是，则重复步骤1.2)、步骤1.3)和步骤1.4)。