频域宽带波束形成器设计
基于频域分解的水声信号宽带盲波束形成
第28卷第3期声学技术Vo l.28,No.3 2009年6月 Technical Acoustics Jun., 2009基于频域分解的水声信号宽带盲波束形成方世良，陆佶人，夏鸿宝，贾静兰(东南大学信息科学与工程学院，南京 210096)摘要：盲波束形成算法可以在不知道阵的流型、信号及干扰方位的情况下，仅根据各阵元接收的数据恢复信号。
由于水声信号为宽带信号，为了充分利用宽带信息，提出利用频域分解的方法获得满足窄带条件的信号，并利用窄带盲波束形成JADE(Joint Approximate Diagonalisation of Eigen-matrices)算法进行处理。
对宽带盲波束形成算法进行了理论推导和仿真实验。
研究结果表明，盲波束形成算法相对于常规波束形成在信号恢复方面有优越性。
关键词：盲波束形成；高阶累积量；宽带信号；频域分解中图分类号：O324 TN 911 文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2009)-03-0217-05DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2009.03.004Blind beam-forming for broadband underwater acoustic signalFANG Shi-liang, LU Ji-ren, XIA Hong-bao, JIA Jing-lan(School of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China) Abstract:The desired signals can be reconstructed from the received sonar data without prior information by the blind beam-forming technique. In order to make full use of wide-band information, frequency decomposition technique is raised to get narrow-band signal from broadband signal. Then blind beam-forming algorithm named JADE is utilized to process the signal acquired. In this paper the algorithm is proved theoretically and examined through simulated data.Results show validity of the assumption. The blind beam-forming algorithm outperforms the conventional one.Keywords: blind beam-forming; high-order cumulant; broadband signal; frequency decomposition1 引言水声目标分类识别是水声信号处理的重要课题之一[1]。
频域宽带波束形成器优化设计
频域宽带波束形成器优化设计胡谨贤;张英波【摘要】将常规频域宽带波束形成运用到电子战侦察系统存在一个问题:分块DFT 处理会造成时域输出波形在块衔接处产生周期性失真,影响系统对信号时域参数的检测.为解决上述问题,在分析失真产生原因的基础上提出采用交叠DFT处理对传统方案予以改进,该方法首先对预处理数据进行交叠分段,再完成DFT运算及后续窄带处理.最后的仿真通过对比改进前后方案时域输出波形的保真度,验证改进后方法能有效缓解时域输出波形失真对系统的影响,并为工程实现提供了依据.%There exists a problem in the application of the conventional frequency-domain broadband beamforming in electronic warfare reconnaissance systems: the periodic distortion of time-domain output waveform occurs in block cohesion due to block DFT processing,which has an impact on signal time-domain parameters detection. To solve the above-mentioned problem, the overlapped DFT method is adopted for the improvement of the conventional scheme based on the analysis of the causes of the distortion in this paper. The proposed method is to carry out overlapped subsection for the pretreatment data, and then perform DFT operation and narrow-band processing. Finally, the simulation results are given to compare fidelity of time-domain output waveform produced by two methods. The results indicate that the improved scheme minimizes time-domain output waveform distortion effectively and provides the basis for the engineering application.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)015【总页数】4页(P15-18)【关键词】电子战;频域波束形成;周期性失真;交叠DFT【作者】胡谨贤;张英波【作者单位】江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003;中船重工集团723研究所,江苏扬州 225001;中船重工集团723研究所,江苏扬州 225001【正文语种】中文【中图分类】TN97-340 引言随着电子技术的飞速发展和电磁信号环境的不断变化，新体制的电子战设备不断涌现，其中基于相控阵天线的电子战系统已经成为发展主流[1]。
频域宽带阵列波束形成技术优化设计
计算机测量与控制V">"#V N"&!'"#$%&'()*+),-'*)%).(/#$.(*$0"""*)""收稿日期 ">"N>$!#%"修回日期 ">"N!>!>#作者简介 马越洋&!$$$'$女$硕士研究生#引用格式 马越洋$郭肃丽V频域宽带阵列波束形成技术优化设计)]*V计算机测量与控制$">"#$N"&!'!"*)"'!V文章编号 !&*!#)$' ">"# >!>"*)>*""[T0 !>V!&)"& W V X/E3V!!@#*&" -S V">"#V>!V>N$""中图分类号 5,$!!V*""文献标识码 R 频域宽带阵列波束形成技术优化设计马越洋 郭肃丽&中国电子科技集团公司第)#研究所$石家庄">)>>'!'摘要 为提高宽带相控阵系统的波束合成性能$文章针对宽带相控阵系统中的延时补偿问题$采用频域宽带阵列波束形成的方法$分析了宽带相控阵中应用交叠d d5进行时延补偿的原理和误差造成的原因%基于一个接收信号带宽为&>>AJ Y的&#阵元的宽带相控阵系统$研究了子阵规模(d d5点数(交叠率(位宽(采样率等交叠d d5参数对延时精度(信号保真度和波束性能的影响$在满足工程应用要求的同时对频域宽带阵列波束合成技术进行了优化%经研究确定子阵规模不超过$个天线阵元(d d5点数不小于)!"(交叠率不小于!+!&(位宽不小于采用!"D3-时可以达到指标的要求$为交叠d d5方法应用在实际工程中提供了依据与参考$并使其工程实现复杂度降低#关键词 微波技术%交叠d d5%宽带波束形成%信号合成%时延补偿%色散现象K&(;%,02)-;<.$=U;:)>,.:3**,8C),%=$*%;.<1)56.$0$<8;.M*)V').582$%,;.AR_L17./`$4F T(L23&581)#-8Q1=1.?X80/=-3-L-19a%I5%$(83W3.Y8L./`">)>>'!$%83/.'3>-(*,5(!0/9?;1?-93M S?9K1-81D1.M a9?M3/`S1?a9?M./X19a D?9.;D./;S8.=1;.??.7=7=-1M=$-83=S.S1?a9X L=1=9/-81;12.7X9M S1/=.-39/S?9D21M3/D?9.;D./;S8.=1;.??.7=7=-1M=V Ra?1c L1/X7;9M.3/D?9.;D./;.??.7D1.M a9?M3/`M1-89;3=L=1;-9./.@ 27Y1-81S?3/X3S219aL=3/`9K1?2.S S3/`d d5a9?;12.7X9M S1/=.-39/3/D?9.;D./;S8.=1;.??.7=7=-1M=./;-81?1.=9/=a9?1??9?=V Z.=1;9/.&#@121M1/-D?9.;D./;S8.=1;.??.7=7=-1M<3-8.?1X13K1;=3`/.2D./;<3;-89a&>>AJ Y$3-=-L;31;-811a a1X-=9a9K1?2.S@ S3/`d d5S.?.M1-1?==L X8.==L D.??.7=3Y1$d d5S93/-=$9K1?2.S?.-1$D3-<3;-8$./;=.M S23/`?.-19/-81;12.7.X X L?.X7$=3`/.2a3@ ;123-7$./;D1.M S1?a9?M./X1V V581a?1c L1/X7;9M.3/D?9.;D./;.??.7D1.M=7/-81=3=-1X8/929`73=9S-3M3Y1;<8321M11-3/`-81?1@c L3?1M1/-=9a1/`3/11?3/`.S S23X.-39/=V581?1=1.?X8?1=L2-==89<$-8.--81=L D.??.7;9/9-1H X11;$./-1//.121M1/-=$-81d d5S93/-=21==-8./)!"$-819K1?2.S?.-121==-8./!+!&$./;-81D3-<3;-821==-8./!"D3-=$<83X8M11-=-81?1c L3?1M1/-=9a-813/;1@ H1=V0-S?9K3;1=.D.=3=./;?1a1?1/X1a9?-819K1?2.S S3/`d d5.S S23X.-39/3/S?.X-3X.21/`3/11?3/`$./;?1;L X1=-81X9M S21H3-79a3-= 1/`3/11?3/`3M S21M1/-.-39/VD)8A$*:-!M3X?9<.K1-1X8/929`7%9K1?2.S S3/`d d5%<3;1D./;D1.M a9?M3/`%=3`/.2=7/-81=3=%X9M S1/=.-39/9a-3M1;12.7%;3=@S1?=39/S81/9M1/9/E"引言随着现代通信技术的发展与通信需求的提高$窄带相控阵系统已经不能满足信息的传输速率(精度(可靠性(距离等要求$宽带相控阵系统在更多的领域中也有了实际的应用需求#目前所需要的宽带相控阵是一种收发信息$带宽达4J Y$由几千甚至上万的天线单元组成$并且天线的扫描角不小于)>m的复杂天线阵列#如果直接将窄带波束合成的方法应用到宽带相控阵系统中$会对合成波束的性能产生巨大影响$甚至可能会直接影响系统的成败$因此需要研究适用于宽带相控阵的信号接收方法#如何对宽带阵列实现性能更优的波束形成$具有重要的研究意义)!"*#针对如何在宽带相控阵系统中实现波束形成问题$各国的专家学者提出了多种方法#目前主流的方法有两大类!频域方法和时域方法)N#*#在时域方面是以真时延为基础$有延迟线))*(光延迟网络)&**和分数延时滤波器三种主流方法$分数延时滤波器实现方法主要有窗函数法)'*(拉格朗日插值法)$!>*(J1/@/3-1插值法)!!!"*和d.??9<结构)!N!#*与泰勒结构)!)*的可变分数延时滤波器等#在频域方面首先是将宽带信号划分为多个窄带信号$之后对每个窄带信号分别进行延时补偿$最终再将处理后的窄带信号合成为宽带信号#在进行子带划分的时候主要有两种方法$一种是采用子带分析滤波器)!&*$另一种是采用傅里叶变换对宽带信号进行划分)!*">*#因为滤波器的方法对滤波器的性能要求较高且实现起来比较复杂$所以现在多采用快速傅里叶变换&d d5$a.=-a9L?31?-?./=a9?M'的方法将宽带信号划分为多个窄带信号#之后对窄带信号进行处理后再合成宽带信号(形成波束#"投稿网址 <<<V W=W X27E Y V X9M""计算机测量与控制"第N "卷"*&""在理论上这两大类方法均可以解决宽带波束形成的延时补偿问题#其中频域方法对系统前端的要求更低$更适用于工程实现#但因为现在的宽带相控阵规模大$所以对资源的利用与算法的复杂度提出了更高的要求$直接应用现有的方法在宽带相控阵系统中并不适用$需要进一步的研究对频域宽带阵列波束形成器进行优化$得出更适用于工程的参数优化设计是十分有必要的#本文在对宽带相控阵系统中的关键问题进行分析后$对基于交叠d d 5的频域方法进行了优化设计$分析了子阵规模(d d 5点数(交叠率(位宽等参数对波束形成性能的影响$提高了时域信号的保真度和宽带波束合成的性能$为实际工程中交叠d d 5参数的选取提供了依据#F "宽带阵列中的关键问题传统的相控阵系统是一个窄带系统$阵列规模较小$传输信号的带宽窄&仅有几十AJ Y'且阵列的扫描角较小&一般不超过)>m'#为了分析的简洁性$以均匀线阵为例#数字相控阵波束形成如图!所示$设阵元数量为2$阵元间的间距为P $以线阵最左侧的天线阵元为参考阵元$远场信号的入射方向与线阵法线的夹角为%#图!"传统数字波束成形原理框图因为各个阵元天线之间的位置不同$所以接收到信号的时间也就存在误差$第'个阵元天线接收到信号的时间与第一个天线阵元接收到信号的时间之间的时间差为!&'#&'%!'P =3/%:$'#!$"02&!'""在进行窄带系统数字波束形成时$信号可以简化为一个单频信号$因此可通过移相的方式代替补齐阵元时间差$则在期望方向上的合成信号为!L &@'#'2'#!6'.')$'#!$"$0$2&"'6'#$"'B &$'#!$"$0$2&N'""其中!.')为每个阵元接收到的信号$6'为每个阵元的权值#假设每个天线阵元的方向图是全方向性的$在天线波束的扫描范围内$可以忽略单个阵元天线方向图的影响#%A 为天线波束最大指向$也是信号的期望方向和移相器设计的参考方向#天线阵列中相邻天线单元之间相位差()/为!()/#" !P=3/%&#'""这个相位差可以由移相器来补偿$当信号方向为%A 时$移相器提供的第2个单元与参考单元之间的相位差)A 为!)A #&2%!'()A #" !&2%!'P =3/%A &)'""令&2%!'P #8$则8表示天线线阵两端两个单元之间的间距$即线阵孔径#均匀线阵的方向图函数Q &%'则可以表示为!Q &%'#'2%!'#>('$+" +!&'%!'P &=3/%%=3/%'$'#!$"$0$2&&'""信号频率由B 变为B &(B 后$对位于%A 方向目标$则其回波信号在第2个单元与参考单元之间产生的真实相位差将变为!)*/#" :&B &(B '8=3/%A #)>&()/&*'""其中!)>是频率没有改变的原始相位差$()/是因为频率改变引起的相位差的变化值$在传统相控阵系统中()/可以忽略#宽带相控阵系统是一个有几十上千阵元组成的大规模系统$并且传输信号高达几百上千AJ Y $同时扫描角一般不小于)>m#在宽带相控阵系统中$由于天线的阵列规模加大(信号的带宽加宽和扫描角度变大$导致()/不可以忽略#因为每个移相器提供的相移值)A 不能随着频率的改变而改变$所以为了使移相器提供的相位差与真实的相位差相等$波束指向由%A 偏转一个角度$变为%*A #%A %(%B 之后$)A 才能与)/相等#" B8=3/%A #" :&B &(B '8=3/%*A&''""最终可以得到!%*A #.?X =3/&B B &(B;=3/%A '&$'(%B #.?X =3/&B B &(B;=3/%A '%%A &!>'""公式&!>'计算出了信号频率由B 变为B &(B 后所引起的天线波束指向的偏移(%B $解释了天线波束指向随信号频率的改变而在空间摆动的原因#这种波束指向的摆动就是相控阵天线波束在空间的色散现象$也可以称为.孔径效应/)"!*#同时在波束合成时$经过理论计算可知$当阵元间距为!"时$可以通过公式&!!'计算出波束宽度的大小#当阵列规模加大时$波束宽度减小#当波束指向发生偏移时$就造成了合成波束发生弥散(有效分辨率降低(期望方向的合成增益减小#(%2!X 9=%A;!>"2&!!'"投稿网址 <<<V W =W X 27E Y V X 9M第!期马越洋$等!频域宽带阵列波束形成技术优化设计"**""""基于以上的问题$目前在宽带相控阵系统中通常使用更加精细的延时方法代替移相器#但由于硬件的限制$大规模的天线阵元使用更加精准的延时补偿方法在制造成本上和系统实现上存在一定的难度$因此可以采用子阵划分的方式来降低阵列天线的制造成本#如图"所示$将2个阵元划分为2!个子阵$每个子阵内有2"个天线阵元#在子阵内采用模拟域的方法$每个天线阵元后加移相器进行相位补偿%对子阵合成的信号进行下变频和采样后$在各个子阵之间采用数字域的方法$对每个子阵加延时器进行更加精准的延时补偿#图""宽带相控阵系统波束形成流程那么$如何在子阵划分的基础上进行合理的延时补偿$成为了宽带相控阵波束形成需要解决的关键问题#!"基于交叠M M 1的波束形成方法在宽带相控阵系统中使用频域的方法进行时间延迟补偿$可以在子阵划分的基础上采用d d 5方法进行波束形成#对信号进行d d 5的分段处理$这个过程相当于在频域加上一个矩形窗滤波$相当于原信号进行了带通滤波#频域上加窗表现为在时域上做卷积运算$由于滤波器建立时间的原因$时域信号中的点出现误差$这使得在0d d 5之后获得的该波束输出时间序列与理想输出间存在误差#这就造成了分段进行d d 5波束形成器之间输出的时间信号在各段之间出现不连续现象$这就是分段d d 5波束形成器的缺点之一)""*#这个缺点可以用交叠d d 5的方法进行改进$也就是在对时间信号进行分段处理时$存在一部分的重叠#交叠d d 5只取每段的输出数据仅取中间误差较小的部分$对前后段误差较大的部分不进行处理$克服了滤波器建立时间带来的影响$因此可以减轻分段信号衔接处的信号时域波形失真带来的影响#在子阵内天线接收的信号使用移相器进行相位补偿$合成信号之后$再将各个子阵输出的信号分成多个时间段$进行交叠处理#用交叠d d 5的方法对时域信号进行处理$实现流程如图N 所示$实验原理如下!图N "d d 5处理流程图首先将各个子阵接收的信号采样得到数据分别进行分段$共分为1段$每一段的段长度为8$这里采用的交叠率为E $也就是在每次进行处理的时域数据都包含前一段数据的E #在最后一段时域数据中$如果信号的点数小于d d 5的点数$则用>将信号补足到8点#接着对于每一段划分后的时域信号$对各阵元数据分别进行8点d d 5变换$如公式&!"'所示$得到频域窄带数据4#4I '&R '#Q Q 0&.I''R #>$!$"$0$8%!%'#!$"$0$2!&!"'""其中!角标I 代表第I 段的信号$角标'代表第'个子阵接收到的数据#做8点d d 5也就是将采样频率范围内的信号划分为了8个子带信号#第R 个子带信号对应的中心频率B R 为!B R #B RR +8R #>$!$"$0$8+"%!B R &R %8'+8R #8+"$8+"&!$0$8%-!&!N '""然后提取出各子阵各窄带数据矩阵$由于工作频带一般是有限的$有用信号仅占所有子带信号中的部分$所以我们进行处理的时候只需提取出位于工作频带内的窄带数据$其余不涉及的子带信号置零即可#对每个子带信号使用对应的移相器进行时移$移相器对应的表达式为!"投稿网址 <<<V W =W X 27E Y V X 9M""计算机测量与控制"第N "卷"*'""6I '&R '#$+"'B &'%!'P =3/%+:R #>$!$"$0$8%!%'#!$"$0$2!&!#'""其中!'为第'个子阵$I 为第I 段数据$R 为第R 个子带$%为信号的期望方向#之后对各窄带数据进行加权求和$得到各子带波束数据#S I '&R '#4I '&R '6I '&R 'R #>$!$"$0$8%!%'#!$"$0$2!&!)'""对各自带波束输出进行0d d 5变换得到宽带信号的时域输出序列#L I '&R '#T Q Q 0&S I ''R #>$!$"$0$8%!%'#!$"$0$2!&!&'""最后将若干段的时域输出信号重构成波束输出最终的时域信号#使用交叠的方法仅仅可以改善截断效应带来的误差问题$但是因为交叠d d 5方法的本质仍然是将划分出的子带信号当作一个单频信号进行相位补偿来达到延时的效果$所以这种方法仍有一定的局限性$存在一定的误差#延时误差可以通过下式计算!(&'#)" B *R %&'#&B RB *R%!'&''#!$"$0$2!&!*'""可以得知当设计移相器参考的频率与信号实际频率相差越大$时延补偿的误差越大#所以子带信号的带宽越窄$每个子带的时延的误差也就越小$合成信号的保真度也就越高$合成波束方向图也就更加接近理论值#同时也可以推测出在频率最低的子带中$延时误差最大#""参数优化设计因为基于交叠d d 5的宽带波束形成的方法存在的局限性$所以子阵规模(交叠率(采样率(d d 5点数(位宽等参数的影响选取对时延性能(时域输出波形的保真度以及波束合成的性能都会产生影响$以下就对各个参数进行选取及分析$对此方法进行优化#应用中要求合成损失在>O );Z 以内$波束指向的偏移不超过>O !m $最终合成信号的归一化误差小于>O !$延时补偿的相对误差不超过>O !倍符号速率的!>U #为了分析的简洁性和代表性$研究时采用的仿真模型是的均匀线阵$其中阵元间距P e")M M $阵元的个数为2#为了实现的简便性$子阵划分采用均匀划分#接收信号的频率范围为))O #4J Y $&4J Y *$采样率为"O #4J Y $对信号进行下变频等处理之后$最后进行延时的信号频率范围为)>$&>>AJ Y *#仿真采用线性调频信号!.&@'#E $:@&&@'$" &B &9@+"'E $:@&&@'#!@1&>@$-&$9#A +&&!''""其中!B >为初始载频$&为脉冲宽度$9为线性调频信号的调频斜率$A 为信号带宽#在此模型上研究了子阵规模(d d 5点数(交叠率(位宽和采样率等几个参数的选取#"G F "子阵规模以来波方向相对于阵面法线方向&>m 为例进行分析$采用以宽带信号的中心频率)O *4J Y 进行设计的移相器进行相位补偿#若合成增益损失不超过>O );Z $接收信号的带宽为&>>AJ Y$则根据计算公式$可以计算出理论的天线口径!(B 1!&;:8=3/%&!$'81!&;:(B=3/%&">'""其中!(B 为接收信号频率变化范围与设计移相器时使用的频率之间的误差$也就是N >>AJ Y $:表示光速$%为波束偏离天线阵列法向方向的最大角度$8表示天线口径#若最大角度%不超过&>m $则可以计算出天线口径8应该小于>O "''M $因为阵元天线的间距为>O >")M $所以可以计算出$子阵内的阵元数量不超过$#图#表示了子阵内采用移相器进行延时补偿时$接收信号频率范围内合成增益的变化情况#通过改变仿真的子阵内天线阵元的数量$可以得到子阵内的阵元数量与合成增益变化之间的关系如表!所示$可以看到随着阵元个数的增多$在中心频点i N >>AJ Y 增益损失的增大$在阵元个数为'时$增益损失为>O #N 个;Z $和理论的分析值一致$且可以满足>O );Z 以内的增益损失要求$所以在划分子阵的时候$可以采用子阵内的阵元个数为'个这种方案#图#"来波方向为&>m时接收信号频率范围内合成增益变化表!"线阵规模与线阵增益之间的关系&中心频点)O *4J Y (i N >>AJ Y 带宽(扫描角&>m (按中心频点移相'阵元数量+个中心频点i N >>AJ Y 增益损失+;Z#>V !>&>V "#'>V #N !>>V &*!">V $'"投稿网址 <<<V W =W X 27E Y V X 9M第!期马越洋$等!频域宽带阵列波束形成技术优化设计"*$"""G !"M M 1点数N O "O !"延时效果假设d d 5点数8e)!"$将信号延时>O !倍的符号速率$因为采样率选择的是"O #4J Y $可以得出延时>O !倍符号速率需要延时>O #倍采样间隔$延时效果如图)所示$虚线表示延时前的信号$实现表示延时后的信号#从图中结果可以看出$信号经过交叠d d 5的方法延时之后$信号从第!##O "个采样间隔延时到了!##O &"&个采样间隔$与设置的>O #倍的采样间隔存在一定的误差$相对误差达到了&U $可以满足需求#d d 5点数与延时精度之间的变化关系如表"所示$可以看到随着d d 5点数的增加$延时的精度越来越高$延时后的误差变小$相对误差减小#当d d 5点数大于等于)!"时$相对误差小于!>U $可以达到工程中的延时要求#图)"延时>O !倍的符号速率的结果相对误差计算公式!相对误差e设置延时差\实际延时差设置延时差+!>>U 表""d d 5点数与延时误差的关系d d 5点数+个实际延时+符号速率相对误差!&>V "'!V 'N ">V !$>V $&#>V !)>V )!"'>V !">V "")&>V !!>V !)!">V !>&>V >&!>"#>V !>N>V >NN O "O ""时域信号保真度当阵元数为&#$d d 5的点数8e N "时$阵列合成信号波形图与原始信号的波形图以及两者归一化之后的误差如图&所示$归一化误差最大可以达到>O &N $远不能达到实际工程的指标要求#改变d d 5的点数$d d 5点数与归一化误差的关系如表N 所示#图&"d d 5点数对时域合成信号影响图表N "d d 5点数与信号归一化误差的关系d d 5点数+个最大归一化误差!&!V ">N ">V &N &#>V "*!"'>V !N ")&>V >*)!">V >N !>"#>V >"可以得出$当d d 5点数增大时$归一化误差的最大值减小$在8e ")&时$归一化误差小于>O !$基本可以满足时域信号的保真度的要求#N O "O N "合成波束方向图合成波束指向如图*&.'&D '所示$图中纵轴表示阵列的增益$横轴表示来波方向$.\\/线代表信号频率为)#>>A J Y 时的波束方向图$实线代表信号频率为)*>>A J Y时的波束方向图$.\/线表示信号频率为&>>>AJ Y 时的波束方向图#在这三个频率形成的波束指向均为&>m $仿真得到的波束宽度为N O "'m 左右$与理论值存在一定的误差#其中图'中表示的是当信号的频率变化时$期望方向的阵列增益的变化$可以看出当信号的频率在通带范围内变化时$仿真阵列的增益为N )O &';Z 与理论计算的增益值误差在>O ##;Z #改变d d 5的点数$d d 5点数与方向图的各个参数的关系如表#所示#随着d d 5点数的增加$合成增益(波束指向和波束宽度与理论值之间的误差逐渐减小$在点数到")&时$误差达到了实际工程应用的需要$所以按照此标准d d 5点数应不小于")&#综合以上几个方面的考虑$可以得出当d d 5的点数达到)!"时$就可以满足指标的要求#"投稿网址 <<<V W =W X 27E Y V X 9M""计算机测量与控制"第N "卷"'>""图*"波束方向图图'"期望方向增益变化图表#"d d 5点数与方向图各个参数的关系d d 5点数+个合成增益+;Z 波束指向+度波束宽度+度!&N #V N !&!V N >N V N $N "N )V &'&>V &!N V "'&#N &V >!&>V N !N V "N !"'N &V >$&>V !&N V ">")&N &V !!&>V >'N V !$)!"N &V !"&>V >N N V !$!>"#N &V !"&>V >"N V !$"G ""交叠率假设d d 5点数8e ")&$改变信号的重叠率$可以得到重叠率与各个指标之间的关系$如表)所示#可以看到$当交叠率很小的时候$最大归一化误差较大$随着交叠率增大$误差减小$当交叠率达到!+'时$误差稳定在>O >*$所以在工程实现中$可以将交叠d d 5的交叠率设定为!+'#表)"重叠率与最大归一化误差之间的关系&d d 5点数8e ")&'交叠率最大归一化误差!+">V >*N +'>V >*!+#>V >*!+'>V >*!+!&>V N N !+N ">V $>假设d d 5点数8e )!"$改变信号的重叠率$可以得到重叠率与各个指标之间的关系$如表&所示#可以看到$当交叠率很小的时候$最大归一化误差较大$随着交叠率增大$误差减小$当交叠率达到!+!&时$误差稳定在>O >N $所以在工程实现中$可以将交叠d d 5的交叠率设定为!+!&#表&"重叠率与最大归一化误差之间的关系&d d 5点数8e )!"'交叠率最大归一化误差!+">V >N N+'>V >N !+#>V >N !+'>V >N !+!&>V >N !+N ">V $>"G H "位宽假设d d 5点数8e )!"$改变每个子带使用的移相器的位宽$假设权值信息为I D 3-有符号数$处理时将信息源按比例放大"I %"倍$然后进行取整运算#这里放大"I %"倍是由于d 64R 中I 位有符号数的表示范围为%&"I %!%!'*&"I %!%!'$因为原始信号的范围为&\!$!'$当信号为\!时$d 64R 则将信号判定为>$会造成计算的错误$所以在处理时将数据进行"I %"倍扩大#此时设置延时>O !倍的符号速率$权值的位宽与延时精度之间的关系如表*所示$可以看出当位宽为'D 3-时$延时的误差与设置误差之间的误差较大$当位宽达到!"D 3-时$相对误差稳定在小于!>U $可以达到实际应用中的指标要求$所以位宽应该至少采用!"D 3-#"G P "采样速率处理的信号带宽为&>>AJ Y $d d 5的点数U e )!"$将信号延时>O !倍的符号速率$此时改变采样速率$可以得到"投稿网址 <<<V W =W X 27E Y V X 9M第!期马越洋$等!频域宽带阵列波束形成技术优化设计"'!""表*"位宽与延时精度之间的关系位宽+D3-实际延时+符号速率相对误差'>V!N'>V N'!>>V!!!>V!!!">V!>$>V>$!#>V!>*>V>*!&>V!>&>V>&采样速率与延时精度之间的关系$如表'所示#可以看到当采样率满足采样定理或者是带通采样定理的时候$采样速率增大并没有影响交叠d d5的延时效果$延时相对误差均小于!>U$所以可以实际根据需求选择采样速率#表'"采样速率与延时精度之间的关系采样率+4J Y实际延时+符号速率相对误差!V#>V!>#>V>#!V&>V!>&>V>&!V'>V!>)>V>)">V!>)>V>)"V">V!>*>V>*"V#>V!>&>V>&H"结束语为了提高宽带相控阵系统的波束合成性能$使频域宽带波束合成应用在更多的领域$本文经过多次仿真分析$确定了交叠d d5参数对延时精度(信号保真度和波束性能的影响$其中采样率和交叠率对波束合成性能的影响不大$在实际应用之中子阵规模(d d5点数以及位宽的选取需要更加仔细地分析及验证#经本文研究子阵规模不超过$个天线阵元时合成损失在>O);Z以内%d d5点数不小于)!"(交叠率不小于!+!&(位宽不小于采用!"D3-时可以达到合成损失在>O!;Z以内$波束指向的偏移不超过>O!m(最终合成信号的归一化误差小于>O!(延时补偿的相对误差不超过>O!倍符号速率的!>U的要求$最终实现了频域宽带阵列波束合成技术的优化$为交叠d d5方法应用在实际工程中提供了依据与参考#但本文还未真正地将频域宽带阵列波束形成器实现$仅仅是进行了仿真分析$在实际应用的时候还应考虑量化等问题#同时针对宽带波束合成中的时延补偿方面$仍有很多值得讨论的问题$比如子阵间的时间延时由于受到信道等因素的影响$实际的延时值与理论计算值存在一定的误差$因此如何对时间延迟进行精准的估计也是值得研究的#参考文献)!*卫"健$束咸荣$李建新V宽带相控阵天线波束指向频响分析和实时延迟器应用)]*V微波学报$">>&&!'!"N"&V )"*郭德强V宽带相控阵雷达子阵数字调制技术实现及信号处理技术研究)[*V北京!北京理工大学$">!'V )N*李"同V宽带共形阵列数字波束形成技术研究)[*V北京!中国电子科技集团公司电子科学研究院$">""V)#*杜仲林V超宽带阵列波束形成新方法研究)[*V南京!南京大学$">!&V))*陈"泳$张玉华$肖"达$等V宽带相控阵雷达的延时实现方法)]*V现代雷达$">">$#"&)'!*>*)V)&*高瑜翔V光控相控阵列系统及其关键技术研究)[*V电子科技大学$">>&V)**严济鸿V宽带相控阵雷达波束控制技术研究)[*V成都!电子科技大学$">!!V)'*胡永君$陈文俊V基于分数时延滤波器的宽带数字信号时延的实现)]*V雷达与对抗$">!>$N>&"'!N*#>V)$*郑东卫$白亚莉V分数延时滤波器在宽带阵列雷达中应用)]*V火控雷达技术$">""$)!&N'!*$'N V)!>*黄"伟$周其超$陶存炳V基于拉格朗日插值的分数延时滤波器研究)]*V舰船电子对抗$">!'$#!&)'!*#**V)!!*杜"强$宋耀良$曹晓健V基于J1?M3-1插值滤波器的直接延时补偿超宽带波束形成技术研究)]*V雷达学报$">!N$"&N'!"*'"'N V)!"*[F B$(T,4_$]0%$1-.2V[3`3-.2D1.M@a9?M3/`a9?L2-?.@ <3;1D./;=3`/.2=L-323Y3/`./1H-?.S92.-1;.??.7`1/1?.-1;D7 %.?.-8n9;9?7?1S?1=1/-.-39/X9M D3/3/`a?.X-39/.2;12.7a32-1?=D.=1;9/83`8@9?;1?J1?M3-13/-1?S92.-39/)]*V0I I]5?./=.X@-39/=9/I21X-?3X.2./;I21X-?9/3XI/`3/11?3/`$">!'$!N&!"'!!*&>!*&'V)!N*李向闪Vd.??9<结构分数延时滤波器设计)]*V国外电子测量技术$">!$$N'&!>'!!"#!"*V)!#*^T^0C R Q$%J05J Q R^$[J0C(J R QV:3;1D./;D1.M@ a9?M3/`L=3/`M9;3a31;a.??9<=-?L X-L?1d0Qa32-1?3/`M1-89;a9?=9/.?.S S23X.-39/=)%*++">!$0/-1?/.-39/.2(7M S9=3L M 9/T X1./51X8/929`7&(_A6T C'$0I I 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基于二阶锥规划的宽带波束形成设计
3．数值仿真
为表明所提方法可适用于任意结构的基阵，下面以圆 弧阵为例给出了计算机仿真设计结果。圆弧阵的结构如图 1 所示，12 个阵元均匀分布在一个半径为 3m 的半圆弧上， 各阵元无指向性。用 r 表示圆弧半径，其阵元位置为：
-6
. . ... . . . . . . .
-1 1 θ 6
X
信号
Y
xm = r cos π (m − sign(m) / 2) /12 ， ym = r sin π (m − sign(m) / 2) /12 (m = −6,L, −1,1,L,6) 。
如图建立坐标系， θ 定义为入射信号与 X 轴的夹角，并定 义从 X 轴正向顺时针角度为正，相反为负。
图 1 离散圆弧阵的结构
设计带宽为 90MHz~110MHz，把设计带宽均匀地分为 21 个子带，应用本文的方法设计 各子带中心频率上的恒定束宽加权。设计中以 90MHz 常规波束形成的主瓣作为恒定束宽期 望的主瓣形状，并约束其旁瓣低于-20dB，为了保证稳健性，使权向量范数小于 0.7。设计得 到的这 21 个频率点上的波束图如图 2 所示。如图知，这 21 个频率上的波束束宽恒定，且其 旁瓣低于-20dB，满足设计要求。
令c
T T T ⎡ ⎣c1 , c 2 ,L , c1+ M + S ⎤ ⎦ 和A T
01×M ⎤ y −I M ⎥ ⎦
T 1+ N c1+ M + S − A1 + M + S y ∈ Qcone1+ M + S
(7)
[ A1 , A 2 ,L , A1+ M + S ]
max bT y
y
T
宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法
宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法∗李敏乐;毕大平【摘要】针对传统时延控制波束形成器无法适应宽带信号接收的问题，提出一种宽带波束域频率聚焦自适应波束形成算法。
首先，通过时延控制方法在空间预设方位形成多个独立波束，利用傅里叶变换将多波束数据变换到频域，针对每个频点构造聚焦矩阵，通过聚焦变换将宽带信号对齐到同一参考频率；然后，估计子带聚焦后的协方差矩阵，并进行特征分解得到信号子空间；最后，利用基于特征子空间(ESB)的波束形成方法得到权矢量，实现自适应波束形成。
仿真结果表明，该算法能够实现对宽带信号的自适应接收，具有良好的抗干扰能力和稳健性。
%Aiming at the problem that conventional time-delay controled multi-beam system is not ap-propriate for wideband signal,a wideband beamspace frequency-focusing algorithm is proposed.Firstly,a series of individual beams,pointing to the designed directions,are formed via time-delay control system.The multi-beam data are transformed into frequency domain via FFT.The focusing matrix for each frequency point is formed.Then the wideband signal is aligned with the reference frequency point via focusing trans-form.Secondly,the covariance matrices of subbands are estimated and the signal subspaces are eigen-decom-posed from those covariance matrixs.Finally,the weight vector is calculated via the ESB algorithm and the adaptive beam pattern can be achieved.The simulation results indicate that the proposed algorithm is able to receive wideband signals and the formed beam possesses excellent anti-jamming ability and robustness.【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2016(014)006【总页数】5页(P594-598)【关键词】宽带;波束域;频率聚焦;信号子空间【作者】李敏乐;毕大平【作者单位】电子工程学院，安徽合肥 230037;电子工程学院，安徽合肥 230037【正文语种】中文【中图分类】TN911.70 引言波束形成作为重要的信号处理技术,广泛应用于雷达、声纳、电子侦察等领域[1-2]。
频域宽带波束形成GPU并行加速
exp(i2πkl
L)
l 0,, L 1
（4）
从算法原理中可以看到，宽带波束形成算法中
主要的步骤是对各阵元的信号在各个方位角和频点
上进行相移，这一步运算涉及方位角与频率的两重
循环，是最主要的计算开销，使该部分运算并行化
是提高算法效率的关键。
2 CUDA 模型与波束形成并行化
2.1 CUDA 编程模型 GPU 作为一种多核心协处理器，在大规模计算
着数据长度的增加而越发明显。这证明，GPU 平台 对于大规模数据计算具有极大的优势。因此，在保 证显存空间足够的条件下，GPU 可显著提高阵列信 号波束形成的计算速度，且开启的核心越多，数据 量越大，加速效果越好。而在数据量较小时，GPU 程序的数据传输时间开销相对较大，因此效率提升 程度有所下降。
式中，N 为阵元总数，d 为布阵间隔，fk 为第 k 个频 点所对应的频率。设波束总数为 M，则波束域频域 数据为
N
X
i
(k
)D
(k ,1 )
Y1 ( k )
Y2
(
k
)
Y
M
(k
)
=
i1
N
X
i
(k
)
D
(k
,
2
)
i1
N
i 1
X i (k )D (k ,M
)
（3）Biblioteka 45张德泽 等：频域宽带波束形成GPU并行加速
47
张德泽 等：频域宽带波束形成GPU并行加速
Gold 6136，共计 24 核 48 线程。GPU 为 NVIDIA Quadro RTX 5000。图 4 与表 1 为各程序在不同信号 长度下的运行时间对比，其中 CPU 程序在 Matlab R2019 下运行，GPU 程序在 Visual Studio 2013 下运 行。
频域宽带波束形成器设计
频域宽带波束形成器设计姬国伟;葛利嘉;高雷;罗健源【期刊名称】《计算机仿真》【年(卷),期】2011(28)1【摘要】In order to achieve broadband beamforming here, we use the frequency-domain beamforming algorithm to achieve broadband beamforming.And diagonal loading is adopted to compensate the spatial spectral matrix which is badly affected by the finite numbers of snapshot.Then the range of diagonal loading values is given according to the matrix inversion theorem.Results of computer simulations verify that robust broadband beam with high array gain can be achieved if proper diagonal loading value and snapshot numbers are choosen.%研究无线网络传感器,采用宽带信号波束技术,为了使宽带信号在整个频段内保持稳健的波束,以及克服快拍数有限对空间谱估计带来的不利影响,采用频域波束形成算法形成宽带波束,利用对角加载技术补偿所估计的空间谱,并通过矩阵求逆定理推导出对角加载值的取值范围.最后的仿真结果表明通过选择合适的对角加载值可以克服快拍数目不足带来的影响,从而实现具有较高阵列增益的稳健宽带波束,有效地完成对信号的空域处理,提高了传输性能.【总页数】4页(P170-173)【作者】姬国伟;葛利嘉;高雷;罗健源【作者单位】重庆通信学院,重庆,400035;重庆通信学院,重庆,400035;重庆通信学院,重庆,400035;重庆通信学院,重庆,400035【正文语种】中文【中图分类】TN911.7【相关文献】1.基于Laguerre滤波器等价设计的IIR宽带波束形成 [J], 刘成城;刘亚奇;赵拥军;杨静2.宽带波束形成中小数时延滤波器设计 [J], 翟羽佳;胡谨贤;黎仁刚3.频域宽带波束形成器优化设计 [J], 胡谨贤;张英波4.滤波器幅度误差对频域宽带波束形成的影响 [J], 李宁;苏志刚;汤俊;彭应宁5.用于多纵模激光器的消偏器的频域优化设计 [J], 阴亚芳;方强;刘继红;刘毓因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
频域宽带阵列波束形成技术优化设计
频域宽带阵列波束形成技术优化设计
马越洋;郭肃丽
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2024(32)1
【摘要】为提高宽带相控阵系统的波束合成性能,文章针对宽带相控阵系统中的延时补偿问题,采用频域宽带阵列波束形成的方法,分析了宽带相控阵中应用交叠FFT 进行时延补偿的原理和误差造成的原因;基于一个接收信号带宽为600 MHz的64阵元的宽带相控阵系统,研究了子阵规模、FFT点数、交叠率、位宽、采样率等交叠FFT参数对延时精度、信号保真度和波束性能的影响,在满足工程应用要求的同时对频域宽带阵列波束合成技术进行了优化;经研究确定子阵规模不超过9个天线阵元、FFT点数不小于512、交叠率不小于1/16、位宽不小于采用12 bit时可以达到指标的要求,为交叠FFT方法应用在实际工程中提供了依据与参考,并使其工程实现复杂度降低。
【总页数】7页(P275-281)
【作者】马越洋;郭肃丽
【作者单位】中国电子科技集团公司第54研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.频域宽带波束形成器优化设计
2.频域宽带波束形成器设计
3.超宽带阵列天线时域波束形成优化设计
4.宽带二维阵列数字波束形成优化组阵方法分析
5.自适应频域波束形成技术的小话筒阵列应用(英文)
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一种改进的宽带MVDR波束形成
成器在观察方向吼的最佳权向量和最小输出功率为
矿（眈）＝［足。１ａ（ＯＬ）］／ｔａ珂（皖）疋。口（眈）］
（１）
Ｐｍ。咖（吼）＝１／［口Ｈ（吼）Ｒ，～１以（吼）］
（２）
构造尺＝（尺，＋肷。＋，）／２，Ｊ是Ｍ阶交换矩阵，除副对角线上元素为１外，其余元素均
波束形成器的最佳权向量和最小输出功率。
３计算机仿真实例及结论 计算机仿真实验内容是采用１６阵元均匀线列阵进行目标检测，线列阵基元间距为０．７５ｍ，
信号采样频率为８ＫＨｚ，假设５５度和７５度处有目标，背景噪声为宽带白噪声信号以及基于 ＡＲ模型的舰船辐射噪声信号，图１比较普通波束形成与ＭＶＤＲ波束形成，可见改进的ＭＶＤＲ 能够达到很高的分辨力。
２改进的｝，ＢｒＤＲ波束形成方法 ２．１宽带时域波束形成
常用的一类波束形成器是延时～相加波束形成器，不同阵元输出信号采取延时后相加的 处理方式。在单目标的情况下，当波束形成器对准目标时波束输出的平均功率最大。延时～ 相加波束形成器的主要缺点是没有对干扰采取预先措施。 ２．２ ＭＶＤＲ波束形成
ＭＶＤＲ波束形成的基本思想是选取一组权向量，在信号方向的增益保持不变的情况下， 在非信号到达方向使波束输出功率最小，以抑制干扰。对于宽带信号而言，先将宽带信号分 解成Ｎ个子带，每个子带的带宽都很小，可以近似看成一个窄带信号，再对分离出来的子带 信号进行波束形成，然后再把每个子带的波束输出相加得到宽带波束形成输出。
１引言 最小方差响应不变波束形成器（ＭＶＤＲ）是在保持对某个方向来波响应不变的情况下使
波束形成器输出平均功率最小。利用ＦＦＴ，声纳线列阵获得的宽带信号被分解为多个子带信号。 对每个子带，采用ＭＶＤＲ形成多波束。最后，对每个子带输出的多波束功率求和，再进行目 标检测和方位估计。本文将数据共扼重排及增广数据矩阵奇异值分解的方法应用于ＭＶＤＲ。
一种稳健恒定束宽宽波束形成算法
6DIGITCW2024.020 引言宽带数字波束形成技术是阵列信号处理中的关键技术之一，其在声呐、目标识别、导航等诸多领域之中都有着非常广泛的应用[1]。
目前，宽带信号的波束形成方式主要有两种，分别是频域波束形成以及时域波束形成[2]。
频域波束形成首先对接收数据进行离散傅里叶变换（），将信号变换至频域上，再分成多个窄带信号进行子带波束形成后进行宽带综合。
由于分段DFT 仅选择有限频带做子带窄带波束形成，因此分段DFT 波束形成输出的时间序列会出现不连续的情况，因此会出现波形失真的情况。
近年来，为保证在波束主瓣宽度内不失真地接收信号，研究学者提出恒定束宽波束形成技术[3]，即通过设计权系数值，保证主瓣宽度随频率的变化保持恒定，以保证主瓣区间内入射的不同频率下的信号经过波束形成之后不发生频谱失真[4]。
在雷达波速扫描的过程中，为了可以获得恒定的主瓣宽度并且确保尽可能低的旁瓣电平，文中提出了一种无约束的方向不变恒定束宽波束形成算法。
经仿真结果验证，这种算法可以满足优化后的不同频率的波束主瓣逼近生成的参考波束主瓣，同时尽量保持波束的低旁瓣特性。
1 信号模型与广义线性组合算法理论1.1 宽带基阵信号模型本文研究了由M 个阵元组成的间距为d 的均匀线性阵列（），每一个阵元后接阶数是L 的FIR 滤波器。
假设现在有D +1个远场宽带点源信号从D +1个方作者简介：张远驰（1998-），男，汉族，湖北宜昌人，硕士研究生，研究方向为阵列信号处理。
一种稳健恒定束宽宽波束形成算法张远驰，胡 进（中国船舶集团有限公司第七二四研究所，江苏 南京 210000）摘要：传统宽带波束形成算法在导向矢量失配时输出性能下降，为解决该问题，文章提出一种稳健恒定束宽波束形成算法。
该算法首先构造与快拍数相关的对角加载函数；其次，基于空域积分思想，结合入射信号的方向误差范围估计期望信号的实际入射方向，并结合构造的对角加载系数生成优化波束加权系数；最后，联合优化后的波束权值与FIR滤波器系数完成宽带波束响应的全局优化设计。
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频域 矢 量 、 间 谱 估计 和 阵列 流 形 矢 量 决 定 了 自适 应 加 权 系 空 数 ， 加 权 系 数 决 定 了 波 束 形 成 器 的 性 能 优 劣 ， 面 讨 论 如 而 下 何确定上述几个关键量 。 天线 阵列 为 ，元 的均 匀线 阵 ， ｖ 相邻 阵元 间距 为 ｄ 原 点 且
（ ｈ ｎｑ ｇＣ ｍ ｕ ｉ ｔｎＩｓｔｔ， ｈｎｑｎ ０ ０ ５ Ｃ ｉ ） Ｃ ｏｇｉ ｏ ｍ ｎ ａ ｏ ｎｔｕ Ｃ ｏ ｇｉ ４０ ３ ， ｈｎ ｎ ｃｉ ｉｅ ｇ ａ
ＡＢＳ ＴＲＡ ＣＴ ： ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｃ ｉ ｖ ｒ ａ ｂ ｎ ａ ｏ ｍｉ ｒ Ｉ ｒ ｅ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｂｅ ｍｆ ｒ ｎｇ ｈｅ ｅ，ｗｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｅ ｃ ｄｏ ｓ ｈｅ ｆ ｑｕ ｎ ｙ— ｍａ ｎ ｂｅ ｍｆ ｒ ｎ ｌ ｏ ｉｈ ｒ ｉ ａ ｏ ｍｉ ｇ ａ ｇ ｒ ｔ ｍ
ｍ ａｒｘ ｉｖ ｒｉ ｎ ｔ ｏｅ ． Ｒｅ ｕ ｔ ｆｃ ｍｐｕ ｅ ｉ ｌｔｏ ｓ ｖ ｒｆ ｈ ｔｒｂｕ ｔｂ ｏ ｄｂ ｎ ａ ｗｉｈ ｈ ｇ ｒａ ａｎ ｃ ｎ ｔｉ ｎ ｅ ｓｏ ｈｅ ｒ ｍ ｓ ｌｓｏ ｏ ｔｒｓｍｕ ａｉｎ ｅ ｉｙ ｔａ ｏ ｓ ｒ ａ ａ ｄ ｂｅ ｍ ｔ ｉｈ ａｒ ｙ ｇ ｉ ａ
宽带信号采用传统窄带 波束形成 技术则会 引起波束 方 向图 畸变 、 有效分辨率降低 等问题 ０ 因此需要 寻找宽带 信号波 ，
束形成的办法。
２ 频域 宽带波 束形成
图１ 描述了频 域波束形成 的整个流程 ， 接收信号经过正 交解调 、ｒ 变换 、 Ｆｒ 频域加权和 Ｉ Ｆ Ｄ Ｔ变换输 出。整 个流程 中
位 于 阵 列 中心 。根 据 空域 采 样 定 理 为 避 免 栅瓣 进 入 可 视
为实现宽带波束形 成器 ， 们设计 了嵌 套阵列 ， 有 比 人 还
较 常 用 的 是 Ｄ Ｆ 束 形 成 器 和 ＦＲ波 束 形 成 器 ， 外 还 有 一 Ｆ 波 Ｉ 另
些依赖聚焦技术 的宽带波束 形成方法 。常用 的数字 宽带
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第２ 卷 第 １ ８ 期
文 章 编号 ：０ ６ ９４ （ ０ １ Ｏ 一 １０ ０ １０ — ３８ ２ １ ） ｌ
真
２１年１ ０１ 月
频 域 宽 带 波束 形 成 器 设 计
姬 国伟 ， 葛利 嘉 ， 雷 ， 高 罗健 源
（ 庆通 信 学 院 ， 庆 ４０ ３ ） 重 重 ０ ０ ５
ｂ ｃ ｉｖ ｄ ｉ ｐ ｏ ｅ ｉｇ ｎ ｌ ｏ ｄ ｎ ａｕ ｎ ｎ ｐ ｈ ｔｎ ｍ ｅ ｓａ ｅ ｅ ｏ ｓ ｎ ｅ ａ ｈ ｅ ｅ ｆ ｒ ｐ ｒｄ ａ ｏ ａ ａ ｉ ｇ ｖ ｅ ａ ｄ ｓ ａ ｓ ｏ ｕ ｂ ｒ ｒ ｈ ｏ ｅ ． ｌ ｌ
Ｋ ＥＹＷ ＯＲＤ Ｓ： ｏ ｄ ｎ ｅ ｍｆ ｒ ｉｇ；Ｄｉｇ ａ ｏ ｄｉｇ； Ｓ ａ ｉ ｐ ｃｒ ｌｍａｒｘ Ｂｒ ａ ｂａ ｄ ｂ ａ ｏｍ ｎ ａ ｏｎ ｌｌａ ｎ ｐ ｔａ ｓ ｅ ｔａ ｔｉ ｌ
摘 要 ： 究无 线 网络 传 感 器 ， 用 宽 带信 号 波 束 技 术 ， 了使 宽 带 信 号 在整 个 频 段 内 保 持 稳 健 的波 束 ， 研 采 为 以及 克 服 快 拍 数 有 限
对空间谱估计带来 的不利影响 ， 采用频域波束形成算法形成宽带波束 ， 利用对角加载技术补偿所估计的空间谱 ， 并通过矩阵
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１ 引 言
随 着 阵 列传 感 器 的 不 断 发 展 ， 束 形 成 技 术 已 经 在 通 波 信 、 达 、 纳和地震 探测等 领域得 到广泛 的应用。如果对 雷 声
方 法 。该 技 术 可 以克 服 快 拍 数 目有 限 带 来 的 不 利 影 响 ， 效 有
地对空 间谱估计矩阵进行修正 ， 增强波束形成 器的鲁棒性。
关键词 ： 宽带波束形成 ； 对角加载； 间谱矩阵 空
中 图分 类 号 ：Ｎ １ ． Ｔ ９ １７ 文献标识码： Ａ
Ｆｒ ｑ ｅ ｙ ｅ ｕ ｎｃ －Ｄｏ ａ ｎ Ｂｒ ａ ｂ ｎｄ Ｂｅ ｍ ｆ ｒ ｅ ｓｇ ｍ ｉ ｏ ｄ ａ ａ ｏ ｍ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ
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