一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106910493A(43)申请公布日2017.06.30(21)申请号201710097054.8(22)申请日2017.02.22(71)申请人青岛理工大学地址266520山东省青岛市经济技术开发区嘉陵江路777号(72)发明人刘志红李燕超仪垂杰王万凯王文明(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人张勇(51)Int.Cl.G10K11/26(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法(57)摘要本发明公开了一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法，它解决了现有测量声阵列的声源空间分辨精度低、虚假声源抑制性和波束稳健性差、波束形成过程盲目性强、效率低和经济性差等问题，具有提高了阵列的输出信噪比，保证了超指向波束的稳健性，便于实现结构和性能优化条件的精确单独控制的有益效果，其技术方案为：包括以下步骤：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；设置声阵列中阵元信噪比加权方式；建立声阵列超指向性波束模型。CN106910493ACN106910493A权利要求书1/2页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。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。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：所述的不同环阵元的权值确定方法为：不同环上的权值wm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：TW＝[w1,w2…wM]其中，m＝1,2…M，φmi＝2π(i-1)/Nm；Nm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。5.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hi是阵元i的信噪比SNRi和阵元与声源间欧式距离rsi的函数：第m环上的Nm个阵元的权值表示为：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：当信噪比SNRi不为0时阵元权值为hi，信噪比SNRi为0时阵元权值为0。7.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：2CN106910493A权利要求书2/2页其中，xmn(t)和vmn分别表示第m环上第n个阵元的信号和权值。8.根据权利要求7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)＝VHX(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。9.根据权利要求8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，ρm表示第m环半径；vm表示m环各阵元的权值。10.根据权利要求9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：3CN106910493A说明书1/6页一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法技术领域[0001]本发明涉及声阵列测试的技术领域，特别是涉及一种多环同轴圆环阵稳健超指向性波束形成方法。背景技术[0002]声阵列波束形成技术是识别运动噪声源的常用手段，因其适于远场和中高频噪声测量，被广泛应用于飞机、火车、汽车等运载工具的噪声测试中。声阵列波束的宽度表征了阵列识别声源的分辨能力，波束宽度越宽