一种基于波束空间谱的波束域MVDR波束形成方法与流程

本发明涉及声纳阵列信号处理，具体领域为一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法。

背景技术：

1、现代声纳的信号处理的目标是在复杂多变的水声环境中的检测弱信号，在低信噪比条件下的目标检测就显得尤为重要。为了提高目标检测以及分辨能力，自适应波束形成算法被广泛应用。其中，mvdr(最小方差信号无畸变响应，minimum variancedistortionless responese)因为算法简单并能够突破“瑞利限”的限制而备受关注。

2、为了进一步提高探测能力和增加探测距离，现代声基阵孔径越来越大，阵元个数越来越多，造成mvdr算法的运算量和计算复杂度成倍数增加，这严重阻碍了mvdr自适应算法在声呐信号处理中的应用。在有限的资源下，减少自适应算法的运算量且同时保证算法的性能是目前解决这一问题的一种途径。

3、为了解决这一问题，现有一种方法是把阵元空间转换到波束空间降维后进行mvdr波束形成处理。常规的波束域mvdr波束形成算法通过构建一个转换矩阵把阵元空间转换到波束空间，实现降维处理。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法，其步骤为：

3、(1)通过常规波束形成获得波束空间谱p(fl,θi)；

4、(2)对波束空间谱进行左右两侧各g点数据扩展，消除边缘效应；

5、(3)在扩展后的波束空间谱数据内取b＝2g+1长度窗的数据做互相关，得到波束谱空间自相关协方差矩阵

6、(4)在处构建波束空间转换矩阵t(fl,θi)；

7、(5)计算基于波束空间谱的波束域mvdr输出功率

8、

9、在其中一些实施例中，：根据步骤(1)，其具体方式为：

10、假设m元声纳第m元接收到的时间快拍为xm(n)，对其作fft转换到频率快拍其中n为时间快拍点、fl(l＝1,2,...,l)为fft频点；

11、w(fl,θi)＝[w1(fl,θi),...,wm(fl,θi),...wm(fl,θi)]为导向矢量，频域波束形成后所获得的波束空间谱p(fl,θi)为：

12、p(fl,θi)＝wh(fl,θi)·x(fl)                 (1)

13、其中θi(i＝1,2,...i)为预成波束号。

14、在其中一些实施例中，根据步骤(2)，其具体方式为：

15、假设波束空间谱波束域mvdr预成波束为以为中心在其附近选取常规波束形成波束空间谱p(fl,θi)中的b＝2g+1个波束空间谱数据进行处理，即选择窗口的长度为b＝2g+1；通过将端点单侧的g点数据扩展到另一侧，扩展后数据记为

16、[p(fl,θg+1),...,p(fl,θ2),p(fl,θ1),...,p(fl,θi),p(fl,θi-1),...,p(fl,θi-g)](2)处理后，左右端点扩展后的数据都在窗口中，避免了边缘效应，数据重新记为

17、[p'(fl,θ1),p'(fl,θ2),...,p'(fl,θi+2g)]            (3)。

18、在其中一些实施例中，根据步骤(3)，其具体方式为：

19、基于波束空间谱的波束域mvdr只针对p'(fl,θg+1)到p'(fl,θg+i)中的数据来做；每次处理取出窗口中的数据记为

20、

21、对其做互相关，得到波束谱空间自相关协方差矩阵即

22、

23、在其中一些实施例中，根据步骤(4)，其具体方式为：

24、在处构建波束空间转换矩阵记为t(fl,θi)，可表示为

25、

26、其中为m×b维向量，w(fl,θi)为导向矢量。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用常规波束形成获得的波束空间谱作为输入，通过构建一个转换矩阵进行降维处理，最后进行mvdr波束形成。该方法可作为常规波束形成后置处理，保证mvdr性能的条件下，其运算速度得到大大提高。

28、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂，通过本申请的实施例对本申请进行详尽说明和了解。

技术特征：

1.一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法，其特征在于：其步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法，其特征在于：根据步骤(1)，其具体方式为：

3.根据权利要求1所述的一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法，其特征在于：根据步骤(2)，其具体方式为：

4.根据权利要求1所述的一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法，其特征在于：根据步骤(3)，其具体方式为：

5.根据权利要求1所述的一种基于波束空间谱的波束域mvdr波束形成方法，其特征在于：根据步骤(4)，其具体方式为：

技术总结本发明涉及声纳阵列信号处理技术领域，尤其是一种基于波束空间谱的波束域MVDR波束形成方法，对常规波束形成获得的波束空间谱进行后置处理，通过构建一个波束空间的转换矩阵，把波束空间谱协方差矩阵从M维降至B维，本发明大大降低协方差矩阵求逆的运算量。随着阵元数越来越多，计算量将呈几何级数下降。技术研发人员：楼万翔,魏涛,蒋西海,傅仁琦,侯觉,罗栋栋受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一五研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/5