[发明专利]一种适用于多波束测深系统的任意角度快速波束形成方法

权利要求书

1.一种适用于多波束测深系统的任意角度快速波束形成方法，所述多波束测深系统使用阵元接收原始数据并进行处理，得到预设角度上的输出波束，其特征在于，包括：

确定阵元接收数据矩阵和输出波束的预设角度向量，所述预设角度向量包括至少一个预设角度；

基于已有的波束角度算法，计算所述预设角度向量对应的频率索引矩阵；

将所述频率索引矩阵的元素拆分成整数部分和小数部分，所述整数部分组成频率索引整数矩阵，所述小数部分组成频率索引小数矩阵；

基于所述频率索引小数矩阵，得到加权矩阵，并对所述阵元接收数据矩阵进行加权，得到加权的阵元接收数据矩阵；

基于所述频率索引整数矩阵和所述加权的阵元接收数据矩阵，输出所述预设角度向量对应的输出波束。

2.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述基于所述频率索引小数矩阵，得到加权矩阵，并对所述阵元接收数据矩阵进行加权，得到加权的阵元接收数据矩阵，包括：

对所述阵元接收数据矩阵进行FFT变换，得到阵元接收数据频谱矩阵；

基于所述频率索引小数矩阵，得到加权矩阵，对加权矩阵进行FFT变换，得到加权频谱矩阵；

对所述加权频谱矩阵的峰值附近进行加窗处理，得到加窗处理的加权频谱矩阵；

使用所述加窗处理的加权频谱矩阵对所述阵元接收数据频谱矩阵进行卷积处理，得到加权的阵元接收数据矩阵。

3.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述将所述频率索引矩阵的元素拆分成整数部分和小数部分，所述整数部分组成频率索引整数矩阵，所述小数部分组成频率索引小数矩阵，包括：

所述将所述频率索引矩阵的元素拆分成整数部分和小数部分，所述整数部分为所述频率索引矩阵的元素距离最近的整数，所述小数部分为所述整数部分为所述频率索引矩阵的元素与所述整数部分的差值；

将所述整数部分组成频率索引整数矩阵，所述小数部分组成频率索引小数矩阵。

4.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，还包括：

建立所述预设角度向量与所述加权矩阵的映射关系，并预设至所述多波束测深系统中；

预输出某一角度的输出波束时，根据所述映射关系，得到对应的加权矩阵。

5.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，所述基于已有的波束角度算法，计算所述预设角度向量对应的频率索引矩阵，包括：

阵元为均匀分布的直线阵，阵元间距为d，阵元数为N，则常规波束形成算法可由下式表示：其中，s_k,n表示第n个阵元在第k个采样时刻采样得到的信号，β_m表示在相邻两阵元之间补偿的相位差，通过调整β_m的值即可将波束指向不同的方向；

DFT波束形成方法，直接对阵元维数据做离散傅里叶变换，得到N个波束输出，利用快速傅里叶变换可加速该计算过程，所述DFT波束形成方法输出的波束角度可表示为：其中，p表示离散傅里叶变换的频率索引，λ为信号波长。

6.根据权利要求1-5任一项所述的波束形成方法，其特征在于，所述将所述频率索引矩阵的元素拆分成整数部分和小数部分，所述整数部分组成频率索引整数矩阵，所述小数部分组成频率索引小数矩阵，包括：

若对于任意角度θ_j，波束角度表示为：其中，p_j＝p_j,int+p_j,dec，p_j为频率索引矩阵的元素，p_j,int＝round(p_j)为距离p_j最近的整数，即整数部分，p_j,dec∈(-0.5,0.5)为p_j与p_j,int之间的差值，即小数部分；

所述整数部分组成频率索引整数矩阵，所述小数部分组成频率索引小数矩阵。