[发明专利]一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法

权利要求书

1.一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1以多环同轴圆环阵列作为基础声阵列，确定基础声阵列的环数和环上阵元数；

步骤2设置声阵列中阵元信噪比加权方式；

步骤3建立声阵列超指向性波束模型；

所述的步骤2中同轴圆环阵的不同环阵元和同环阵元分别设置加权方式；不同环阵元的权值由延时叠加法确定，同环阵元的权值由阵元输入信噪比确定；

所述的不同环阵元的权值确定方法为：

不同环上的权值w_m由延时叠加法确定，设一窄带波波长为λ，入射方向(φ₀,θ₀)，第m环的权值表示为：

W＝[w₁,w₂…w_M]^T

其中，m＝1,2…M，φ_mi＝2π(i-1)/N_m；N_m为第m环上的阵元数，M为阵列环数，φ为阵元的方位角，θ为俯仰角，[·]^T表示转置；

所述的同环阵元的权值根据阵元的输入信噪比和阵元与声源间的欧式距离确定，其确定方法为：

设权函数h_i是阵元i的信噪比SNR_i和阵元与声源间欧式距离r_si的函数：

第m环上的N_m个阵元的权值表示为：

当信噪比SNR_i不为0时阵元权值为h_i，信噪比SNR_i为0时阵元权值为0。

2.根据权利要求1所述的一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法，其特征在于：所述的步骤1中根据被测量运动声场的频率范围确定基础声阵列的环数和环上阵元数，包括以下步骤：

步骤(1-1)根据被测量运动声场的频率范围确定基础声阵列孔径的大小，即同轴圆环阵列的环数和最大环半径；

步骤(1-2)根据阵列测量运动声源及抗空间混叠和栅瓣性能要求，获得阵元的周向和径向间距；

步骤(1-3)根据阵元的周向和径向间距获得同轴圆环阵列的环数和各环上的阵元数。

3.根据权利要求1所述的一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法，其特征在于：所述的步骤3中超指向波束模型的建立方法为：

设一窄带信号入射到同轴圆环阵，波束形成输出表示为：

其中，x_mn(t)和v_mn分别表示第m环上第n个阵元的信号和权值。

4.根据权利要求3所述的一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法，其特征在于：所述的波束形成输出以向量形式表示为：

z(t)＝V^HX(t)

其中，X(t)表示阵元接收信号向量，大小均为K×1，K为阵列的阵元数量，H表示共轭转置；V表示阵元权值向量，大小为K×M，M为阵列环数量。

5.根据权利要求4所述的一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法，其特征在于：当圆环阵列的权值确定，M环同轴圆环阵的三维阵列响应模式为：

其中，ρ_m表示第m环半径；v_m表示m环各阵元的权值。

6.根据权利要求5所述的一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法，其特征在于：圆环阵列的超指向性波束表示为：