[发明专利]一种具有最优旋转角的低波束旁瓣MIMO声纳阵型

权利要求书

1.一种具有最优旋转角的低波束旁瓣MIMO声纳阵型，其特征在于：所述声纳阵型包括一个M元发射圆环阵和一个N元接收圆环阵，两个圆环阵同心平行排列，两个圆环阵的间距L_D的取值范围是信号中心频率对应波长λ的0.5倍到2倍；发射圆环阵由M个发射阵元组成，接收圆环阵由N个接收阵元组成；接收圆环阵相邻两个接收阵元之间的弧长为发射信号中心频率波长的一半；旋转角大于等于0度且小于360/N度；其中旋转角定义为：首先在发射圆环阵所在的平面上建立一个平面直角坐标系xOy，将发射圆环阵圆心所在的位置定义为原点O，任选发射圆环阵的一个阵元作为发射阵的第一个阵元，以原点和发射阵的第一个阵元的几何中心的连线作为Ox轴，规定从原点O到发射阵的第一个阵元的几何中心的方向为x轴的正方向，垂直于Ox轴的直线为Oy轴；将xOy平面的法线作为Oz轴，建立空间直角坐标系xOyz，合理选取z轴的正方向和y轴的正方向，使空间直角坐标系xOyz是右手系；在接收圆环阵所在的平面上建立一个平面直角坐标系x₁O₁y₁，将接收圆环阵圆心所在的位置定义为原点O₁，与Ox轴平行的直线作为O₁x₁轴，x₁轴的正方向与x轴的正方向同向，与Oy轴平行的直线作为O₁y₁轴，y₁轴的正方向与y轴的正方向同向；在平面直角坐标系x₁O₁y₁中，将N个接收阵元的几何中心与原点O₁连线，形成N条直线；以x₁轴为始边，N条直线为终边，沿逆时针方向构成N个角度；定义在这N个角度中，最小的角度对应的阵元为接收阵的第一个阵元；规定逆时针方向为正方向；定义以x₁轴为始边，接收阵的第一个阵元的几何中心投影到xOy平面的投影点与原点O连线为终边，构成的角度为旋转角，用字母表示；M元发射圆环阵的阵型有两种：第一种是M元均匀圆环阵并且圆心位置没有发射阵元，第二种是M-1元均匀圆环阵并且圆心位置有1个发射阵元；所述最优旋转角通过以下步骤获得：

步骤一：初始参数设置：

(1)在最初所取的阵列结构下，通过改变旋转角的取值，得到具有不同旋转角的阵型：令即可，其中<>表示用四舍五入的方法取整数的运算，N是接收阵元个数，Z是整数集；旋转角的变化间隔满足单位为角度；

(2)主瓣指向角θ₀：针对一个具有任意旋转角的MIMO声纳阵型，在主瓣指向不同的角度θ₀时进行波束形成，主瓣指向角θ₀满足θ_0，min≤θ₀≤θ_0，max；如果选择第一种发射阵型，最小的主瓣指向角θ_0，min满足0°≤θ_0，min≤360°-min{[360/M，360/N]，360}°，最大的主瓣指向角θ_0，max满足θ_0，max＝θ_0，min+min{[360/M，360/N]，360}°-Δθ₀，如果选择第二种发射阵型，最小的主瓣指向角θ_0，min满足0°≤θ_0，min≤360°-min{[360/(M-1)，360/N]，360}°,最大的主瓣指向角θ_0，max满足θ_0，max＝θ_0，min+min{[360/(M-1)，360/N]，360}°-Δθ₀；其中min{a,b}表示取括号内的数a,b的最小值，[a,b]表示求括号内的数a,b的最小公倍数,M是发射阵元个数，N是接收阵元个数，Δθ₀是进行波束形成的主瓣指向角的变化的间隔，0°≤Δθ₀≤5°；那么，针对一个阵型，进行波束形成的次数K＝<(θ_0，max-θ_0，min)/Δθ₀>+1，其中<>表示用四舍五入的方法取整数的运算；

步骤二：根据期望的平均旁瓣级的范围，确定最优旋转角的范围

子步骤一：针对步骤二种所选取的阵型，获得某个主瓣指向θ₀下的波束图，得到该阵型波束图的旁瓣级改变主瓣指向θ₀，获得某个旋转角下的一组多个不同主瓣指向下的波束图的旁瓣级；改变旋转角可以获得多组不同旋转角下的波束图的旁瓣级；

子步骤二：根据子步骤一中的不同旋转角下的波束图的旁瓣级，求具有不同旋转角的阵型的平均旁瓣级

子步骤三：由期望的平均旁瓣级的范围确定最优旋转角的范围；其中期望的平均旁瓣级的范围满足：代表在子步骤二得到的所有的平均旁瓣级中最小的平均旁瓣级，代表在子步骤二得到的所有的平均旁瓣级中最大的平均旁瓣级；则最优旋转角范围可由下列集合确定：其中∈表示属于，表示使得平均旁瓣级小于等于期望旁瓣级的最优旋转角的集合；

步骤三：在步骤二中得到的最优旋转角的范围中，任取一个值，作为最初所取的阵列结构下最优旋转角，从而获得具有最优旋转角的低波束旁瓣MIMO声纳阵型。