多波束形成方法及其实现
多波束声纳波束形成算法
多波束声纳波束形成算法
多波束声纳是一种能够同时发射多个声波束的声纳系统，它具有高分辨率和广覆盖区域的特点。
而波束形成算法是多波束声纳系统中的重要部分，它能够将多个波束的信号进行合成，进而提高声纳系统的性能。
多波束声纳波束形成算法有许多种，其中常见的包括波束加权法、自适应波束形成法、最大似然法等。
波束加权法是一种较为简单的波束形成算法，它通过对波束进行加权，使得目标信号的能量最大化，从而提高舰船对目标的探测和识别能力。
自适应波束形成法则是一种基于信号处理技术的波束形成算法，它能够自动调整波束的方向和形状，以适应不同环境下的信号变化。
自适应波束形成法可以通过引入自适应滤波器，对多个输入信号进行加权，进而实现对目标信号的抑制和背景噪声的降低。
最大似然法是一种基于统计学原理的波束形成算法，它将目标信号和背景噪声看作随机变量，通过最大化目标信号与背景噪声之间的似然比，实现对目标信号的探测和定位。
总之，多波束声纳波束形成算法是多波束声纳系统中的核心部分，它能够在复杂的海洋环境中提高声纳系统的性能，进而实现对海洋目标的探测和定位。
- 1 -。
多波束原理
多波束原理多波束原理是一种用于雷达系统的技术，它可以提高雷达系统的性能和效率。
多波束雷达是一种能够同时发送和接收多个波束的雷达系统，通过这种方式可以实现更广泛的目标覆盖和更高的分辨率。
在本文中，我们将介绍多波束原理的基本概念、工作原理和应用。
多波束雷达系统利用阵列天线来实现多波束发射和接收。
阵列天线由许多天线单元组成，它们可以独立地控制发射和接收的方向。
通过合理地控制这些天线单元的相位和幅度，可以形成多个波束，每个波束可以独立地指向不同的方向。
这样一来，多波束雷达系统就可以同时监测多个目标，或者对同一个目标进行多方位的观测，从而提高了雷达系统的灵敏度和分辨率。
多波束原理的工作原理可以简单地描述为，首先，雷达系统通过控制阵列天线的相位和幅度来形成多个波束；然后，这些波束分别发射或接收雷达信号；最后，通过对这些波束的信号进行合成和处理，就可以得到多个方向上的目标信息。
这样一来，多波束雷达系统就可以实现对多个目标的同时监测和跟踪，或者对单个目标进行多方位的高分辨率观测。
多波束原理在雷达系统中有着广泛的应用。
首先，它可以大幅提高雷达系统的搜索和跟踪性能，特别是在复杂环境下，比如高杂波、多目标和干扰环境下。
其次，多波束雷达系统可以实现对大范围空域的全方位监测，这对于军事和民用领域都具有重要意义。
此外，多波束原理还可以用于雷达成像和目标识别，通过对目标的多方位观测可以得到更加精确的目标特征和运动信息。
总的来说，多波束原理是一种能够显著提高雷达系统性能和效率的技术。
通过合理地控制阵列天线的相位和幅度，多波束雷达系统可以实现对多个目标的同时监测和跟踪，或者对单个目标进行多方位的高分辨率观测。
这使得多波束雷达系统在军事和民用领域都有着广泛的应用前景。
希望本文对多波束原理有所帮助，谢谢阅读。
多波束声纳波束形成算法
多波束声纳波束形成算法多波束声纳波束形成算法是现代声纳技术的一项核心技术，它基于信号处理和机器学习等多种技术手段，可以有效提高声纳探测的精度和准确度，是水下探测、海底勘探等领域不可或缺的关键技术之一。
下面我们将围绕多波束声纳波束形成算法展开详细介绍。
一、多波束声纳原理多波束声纳是指利用一组多个不同方向的声束，同时扫描某一区域，获取该区域内每一点的信号信息，再通过波束合成技术，将这些信号相加得到一幅具有更高精度和准确度的声纳图像。
多波束声纳的波束方向角度与信号相位和半波长有关，通常需通过解析复杂的三维声场来计算。
二、多波束声纳波束形成算法多波束声纳波束形成算法的核心是波束形成理论，波束形成是采用一组传感器（声呐阵列）接收到的多个信号，经过信号处理、脉冲压缩等方式，得到指向某个方向的波束信号的一个过程。
多波束声纳波束形成算法是通过改变波束的方向角和宽度，进而优化声纳探测效果和探测距离的一种技术。
下面是多波束声纳波束形成算法的几个重要步骤：1. 阵列设计：多波束声纳的性能与阵列形状、大小、排列方式等都有关系。
在阵列设计时需要考虑管道尺寸、声波频段、扫描范围等因素，选取合适的阵列设计方案。
2. 采集声纳数据：采集声纳数据时需要选择合适的信号源和散发机，通过声传感器采集回波信号。
可分为调制信号或无调制信号两种，需要根据具体场景进行选择。
3. 信号处理：处理采集到的回波信号，消除噪声干扰，压缩信号，得到多个波束信号。
4. 波束形成：将多个波束信号加权叠加，得到更准确和精细的目标信号。
通常采用哈达马变换、平均化处理、最大熵滤波算法等进行波束形成。
5. 显示结果：将波束形成后的结果以图形展示出来，帮助探测人员更直观的了解声纳探测结果。
三、多波束声纳波束形成算法的应用多波束声纳波束形成算法被广泛应用于水下探测、海底勘探、海洋资源调查等领域。
在水下探测方面，多波束声纳波束形成算法可以提高探测的精度和准确度，帮助探测人员更准确地判断和识别目标信号，从而更好的实现探测。
多波束总结
多波束总结简介多波束是一种信号处理技术，用于通过同时使用多个接收装置或发射器，提高通信系统的性能。
它被广泛应用于雷达、声纳、卫星通信和移动通信等领域。
本文将对多波束技术进行总结，包括其原理、应用和优势。
原理多波束技术利用多个接收器或发射器来接收或发送信号。
每个接收器或发射器被称为一个波束，可以独立地定向和控制。
通过对每个波束进行独立的信号处理和分析，可以提高通信系统的性能。
多波束的工作原理可以分为两个主要步骤：1.波束形成：在发射端，可以使用多个发射器同时发送信号。
这些信号经过特定的相位控制，形成多个波束，每个波束定向到不同的方向。
在接收端，利用多个接收器接收到的信号进行波束形成，通过信号处理和加权，可以提高信号的接收效果。
波束形成的目标是最大化接收到的信号功率和最小化噪声。
2.波束跟踪：在接收端，根据接收到的信号，通过信号处理算法来跟踪每个波束的方向。
根据波束的方向信息，可以对接收到的信号进行定向增强和干扰抑制。
波束跟踪的目标是始终保持波束的指向性，以提供更好的信号质量和抗干扰能力。
应用多波束技术在许多领域中得到了广泛的应用，下面列举了其中几个重要的应用：雷达在雷达系统中，多波束技术可以用于提高目标检测和跟踪的性能。
通过使用多个发射器和接收器，可以同时监测多个方向上的目标，并提供更准确的目标位置和速度信息。
多波束技术还可以提高雷达系统的抗干扰性能，减少误报和误判。
声纳在声纳系统中，多波束技术可以提高水下目标检测和定位的性能。
通过利用多个发射器和接收器，可以实现对多个方向的声纳信号的接收和处理。
多波束技术可以提高声纳系统对目标的探测距离和分辨率，提高目标识别和定位的精度。
卫星通信在卫星通信系统中，多波束技术可以提高信号的覆盖范围和容量。
通过使用多个波束，可以同时指向不同的地面站或用户，提高信号传输的效率和可靠性。
多波束技术还可以提高系统对天气和干扰的抗性，保证通信质量的稳定性。
移动通信在移动通信系统中，多波束技术可以提高信号覆盖和容量。
微波天线的多波束形成技术
微波天线的多波束形成技术随着通信技术的飞速发展，微波天线的多波束形成技术也越来越受到关注。
多波束形成技术可以实现在不同方向上同时进行信号传输和接收，从而提高了通信的灵活性和可靠性。
本文将介绍微波天线的多波束形成技术，包括其原理、方法和应用。
原理微波天线的多波束形成技术是基于相控阵原理实现的。
相控阵技术是指将单个天线分成若干小块，每个小块都可以单独控制相位和幅度，从而实现天线波束的定向和调整。
多波束形成技术通过控制不同小块的相位和幅度，将天线的主矢量面向不同的方向，从而实现多个波束的形成。
图1：微波天线多波束形成原理示意图方法微波天线的多波束形成技术可以通过以下两种方法实现：1. 实时波束合成法实时波束合成法是指基于时域处理技术，通过对接收到的信号进行实时处理和计算，从而实现对不同方向波束的形成。
一般来讲，实时波束合成法需要先采集到天线上所有波束接收到的信号，然后经过多通道数字信号处理器(DSP)的计算和控制，最终生成多个不同方向的波束。
这种技术具有响应快、灵活性强等优点，但对硬件性能要求较高。
2. 离线波束合成法离线波束合成法是指将信号拆分成若干个子信号，然后在波束形成器中进行加权和叠加，从而实现不同方向波束的形成。
这种技术优点是精度高，而且计算资源消耗相对较小。
但是需要离线进行处理，响应速度较慢。
应用微波天线的多波束形成技术在通信、雷达和天基遥感等领域都得到了广泛应用。
以通信领域为例，多波束天线可以在不同方向上接收到不同的数据，从而提高系统的可靠性和信噪比，适用于高速移动通信和卫星通信等场景。
此外，微波天线的多波束形成技术还可以应用于军事领域的雷达、电子战和无人机等领域。
多波束雷达可以实现多任务同时处理，提高了战场指挥和防空作战的能力。
而多波束电子战系统则可以较好地实现多目标定位和攻击，大大提高了作战效率。
总结本文介绍了微波天线的多波束形成技术的原理、方法和应用。
虽然此技术有硬件设备要求高、复杂度和物理尺寸大等问题，但其优势明显，在通信、雷达和军事领域有着广泛的应用前景。
多波束原理安装及操作
生物的 – 海洋生物;一般 <10kHz
普通波动原理 为什么多波束
不正确的水深测量
第一回波量程
不规则海底
深度量程
普通波动原理单波束
测深仪的局限性
窄波束
该窄波束叫做未经稳定的波
束
来自有限面积的回波
普通波动原理单波束
测深仪的局限性
纵摇角度
未经稳定的波束受船舶
运动影响
实际照射的区域
希望照射的区域
d1
S1
d2
d
S2
Sound sources
Line of equidistant locations
普通波动原理
相长干涉位置 2
A
S1
S2
d
A = d x sin
相长干涉 : A/ = 0; 1; 2; 3
or d/ x sin = 0; 1; 2; 3; 4;
相消干涉 : d/ x sin = 0 5; 1 5; 2 5; 3 5;
SeaBat 8111
240kHz
SeaBat 8101
<1dB/km
2 dB/km
5dB/km
30dB/km
20dB/km
70dB/km
455kHz
SeaBat 8125
70dB/km
110dB/km
散射
水中的声波遇到下列物体后发生散射:
水面 水底和陆地
有机颗粒
海洋生物
气泡
温度变化
加强背板
波束形成 – 换能器阵
导电涂层
连接导线
波束形成 – 水听器阵
阵基元
1
2
多波束形成方法及其实现
多波束形成方法及其实现多波束形成（Multi-beamforming）是一种通过使用多个天线元素来形成多个波束（beam）的技术，以增强无线通信系统的信号质量和容量。
多波束形成可应用于各种无线通信系统，包括无线局域网（WLAN）、移动通信系统（如LTE和5G）以及卫星通信系统等。
本文将介绍多波束形成的基本原理、方法及其实现。
多波束形成的基本原理是通过利用多个天线元素的互相合作来形成多个波束，以提高系统的整体性能。
传统的单波束系统只能向特定方向发送和接收信号，而多波束形成系统可以同时向多个方向发送和接收信号，从而实现更高的信号覆盖范围和通信容量。
1.天线阵列设计：多波束形成需要使用多个天线元素来形成多个波束。
因此，首先需要设计一个合适的天线阵列结构，以满足系统对多个波束的要求。
常见的天线阵列结构有线阵、面阵和体阵等，可以根据具体的应用场景选择合适的结构。
2.信号采集：多波束形成需要对接收到的信号进行采集和处理。
首先，系统需要对每个天线元素接收到的信号进行采集，并将其转换成数字信号。
随后，通过使用AD转换器将模拟信号转换成数字信号，并进行滤波等前处理操作。
4.数据处理：多波束形成系统需要对合成的波束进行数据处理。
首先，系统需要对接收到的信号进行解调和解码，提取出有效的数据信息。
随后，可以对提取出的数据进行误码纠正和信号增强等处理操作，以提高系统的性能。
5. 多用户接入：多波束形成系统通常需要同时支持多个用户的接入。
为了实现多用户接入，系统需要采用多用户的接入技术，如时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）或正交分频多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA）等。
通过使用这些技术，系统可以在同一时间和频率资源上同时支持多个用户的通信。
需要注意的是，多波束形成系统的实现需要考虑到系统复杂性和成本等因素。
相位激励赋形多波束形成算法分析及仿真实现
中图分类号 ： Ｐ９ ． Ｔ ３ １９ 文献 标识码 ： Ｂ
Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｅ Ｓ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ Ｓ ａ ｅ ａ ｙ ｉ ｎ ｉ ｌ ｔｏ ｆＰｈ ｓ ｔｍ ｌ ｔｏ ｈ ｐ ｄ
Ｍ ｕ ｔｂ ａ Ｓ ｎ ｈ ｓｓＡｌ ｏ ｉｈ ｌｉ ｅ ｍ ｙ ｔ ｅ ｉ ｇ ｒｔ ｍ
ａ ｌ ｏ ｎ ｅ ｒ ｈ ｎ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｈ ｓｏ ｅ ｃ ｍｅ ｈ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆ ｉ ｅ ａ ｒ ｙ ｓ ａ ｃ ｉ ｇ Ｉ —ｒ ｕ ｄ ｓ ａ ｃ ｉ ｇ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｔ ｕ ｖ ｒ ｏ ｓ ｔ ｅ ｄ ｓ ｄ ａ ｔｇ ｓｏ ｎ ｒ ａ ｅ ｒ ｈ ｎ ．Ｔｈ ｓｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ｂ ｓｃ ｌ ｉ ｔ ｏ ａ ｅ
ａ ｔ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｄ ｇ ｔｌ ｍｕ ｔ ｅ ｍ ｙ ｔ ｅ ｉ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｓｎ ｈ ｓ ｔ ｌ ｔ ｎ ｓ ａ ｅ ｈ ｂ ａ ｎ ｅ ｎ ．Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｉｉａ ｌｉ ａ ｓ ｎ ｈ ｓｓ ｌｏ ｉｈ ｕ ｉ ｇ ｐ ａ ｅ ｓ ｉ ａ ｉ ｈ ｐ ｄ ｍｕ ｉ ｅ ｍ ｂ ｍｕ ｏ ｓ ｎｈ ｓ ｓｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｔ ｅ ｗｅｇ ｔ ｏ ｖ ｒ ｌ ｍｅ ｔ ｉ ｈ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ｃｒ ｌ ｒａ ｓ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｙ ｔ ｅ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｈ ｉｈ ｆ ｅ ｅ ｙ ｅ ｅ ｎ ｎ ｔ ｅ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｉ ｅ ａ ｒ ｙ ｉ ａｃ ｌ ｔｄ ｃ ｕ ｉ ｇ ｔ ｉ ｌｏ ｉ ｍ ｎ ｅ ｍｕ ｂ ａ ｐ ｔ ｒ ｆｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｉｃｅ ａ ｒ ｙ ｉ ｉ ｌ ｔ ｄ ｈ ｓａ ｇ ｒｔ ｍ ａ ｏ ｓｎ ｈ ｓａ ｇ ｒｔ ｈ ａ ｄ ｔ ｈｉ ｅ ｍ ａ ｔ ｎ ｏ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ｃ ｒ ｌ ｒａ ｓ ｓｍｕ ａ ｅ ．Ｔ ｉ ｌ ｏ ｉ ｈ ｅ ｈ ｈ ｓ ｌｗ ｃ ｌ ｕ ａ ｉｎ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ｎ ｅ ｍｓｇ ｉ ｅ ｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｃ ｉ ｎ ａ ｅ ｗ ｌ ｉｏ ａ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｈ ｓａ ｒ ｙ ｈ ｓ ａ ｃ ｌ ｔ ｏ ｌ ｘ ｔ ａ ｄ ｂ ａ ａ ｎ ｄｆ ｍ ｉ ｅ ｅ ｔ ｒ ｔ ｓｈ ｖ ｅ ｌ ｓ ｌｔ ｄ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ．Ｔ ｉ ｒａ ａ ｏ ｙ ｒ ｆ ｄ ｅ ｏ
多波束形成方法
多波束形成技术研究摘要：讨论了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）中关于多波束形成的算法，优选的有LMS自适应方式和相位调整自适应方式；并简单介绍了波束控制和波束形成的实现。
关键词：TDRSS；多波束形成；LMS自适应算法；相位调整自适应算法一、前言随着航天技术的发展，要求测控通信站能高覆盖地对飞船等多个目标进行测控通信。
要解决这个问题靠现有地面测控网和业务接收站已不能满足要求，需要建立天基测控通信系统，即跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。
TDRSS把测控通信站搬移到天上同步定点轨道的中继星上，从上向下观测中低轨卫星、飞船、航天飞机等空间飞行器，从而提高了覆盖率。
为了减轻中继星的复杂性和负担，将中继卫星观测到的数据和信息传到地面，由地面中心站进行处理。
TDRSS中继星相控阵天线同时与多个用户航天器保持跟踪，地面站到航天器的正向通讯为时分多波束，反向通讯为码分和同时多波束。
为了减轻中继星的负担，中继星上只装有形成正向天线波束扫描所需的电调移相器，由地面终端计算并发出指令，调节星上移相器相位，让天线波束以时分方式扫描对准各用户航天器，在对准期间完成正向数传。
多个用户航天器送到中继星的反向数传信号在星上进行多波束形成会大大增加中继星的复杂性，反向信号经星上阵列天线接收和变换，各阵元收到的信号用频分多路方式相互隔离送往地面，由地面接收前端将频分多路还原成同频多路阵元输出，交由终端进行相控阵多波束形成处理。
所谓波束形成, 就是利用开环控制或闭环自适应跟踪方法，对不同反向到达的信号用不同的权系数矢量对各阵元输出进行幅度和相位加权, 使各阵元收到的同一用户信号在合成器中得以同相相加, 输出信号最大, 干扰和噪声最小。
当存在多个目标时, 地面终端利用码分多址方法和利用多个波束形成器并行地完成各目标的波束合成处理完成各用户的数传与测控。
二、多波束形成算法数据中继卫星系统在多址方式下，服务对象一般分布在较低的地球轨道上，当用户星离地面的轨道高度在3 000 km以下时，中继星各阵元波束宽度只要26°就可覆盖地球周围的所有用户星。
多波束形成方法及其实现
Ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍ ｆｏｒ ｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＬＵＯ Ｙｕ－ｌａｎ， ＪＩＮＧ Ｙｏｎｇ－ｇａｎｇ， ＸＵ Ｗｅｉ－ｊｉｅ
（ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ａｃａｄｅｍｉａ Ｓｉｎｉｃａ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３２， Ｃｈｉｎａ）
"１， ４７＝７．７１８ ４２６!ｓ 即当发射声波波束偏转角为－４４°时， 相邻两个 通道的发射包络信号的时延应为 ７．７１８ ４２６μｓ。 若选用 ２０ＭＨｚ 晶振作为 ＦＰＧＡ 的时钟信号， 当 相 邻 两 个 通 道 的 发 射 信 号 时 延 为 ７．７１８ ４２６μｓ 时 ， 计数器要 １５４．３６８ ５ 次分频， 由于计数器必须取整 数， 则 计 数 器 取 １５４ 次 分 频 ， 实 际 时 延 为 ７．７μｓ， 发 射声波波束角度为－ ４３．８６８ １°， 此时发射角度误差为 ２．９９７ ７‰； 若选用 ６０ＭＨｚ 晶振作为 ＦＰＧＡ 的时钟信号， 计数器取 ４６３ 次分频， 则实际时延为 ７．７１６ ６６７μｓ， 发射声波波束角度为－ ４３．９８７ ４°， 此时发射角度误差 为 ０．２８６ ４‰。 本 文 中 选 用 ６０ＭＨｚ 晶 振 作 为 ＦＰＧＡ 的时钟信号。
下面举例来说明 ＦＰＧＡ 的工作原理。设产生的 发射包络信号参数 ： 周 期 为 １ｓ、脉 宽 为 ０．５ｍｓ、发 射 声波波束角度为－ ４４°（ 扫描扇面为－ ４５°～＋４５°， 共 ９１ 个角度） 、共 ４８ 个通道， 发射阵中两相邻阵元的间距 ｄ＝（ ７５／１８０） ×ｃ／Ｆ。
由 式 （ ６） 可 得 ： 第 ４７ 个 阵 元 的 发 射 波 形 ＴＸ４７ 应较第 ４８ 个阵元的发射波形 ＴＸ４８ 落后（ 如图 ５ 所 示） ：
基于DSP的直线阵列数字多波束形成的原理及实现
中介 绍 了一种 由 ８元 直线 阵 列 即 ８通 道形 成 ８个 波 束 的原理 及通 过 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ配 合 Ｄ Ｐ的实 现 方法 ． Ｓ
术． 严格地讲 ， 波束形成对应于单元信号的加权与合 成， 而数字波束形成几乎包括传感器阵列的数字化 信号的所有空间处理． 目前， 先进 的微波集成 电路 、 信号处理和高速数字 电路使微波雷达和通信系统的
Ｌ ａ ， ＨＡＮＧ Ｊｅ ＩＫ ｉ Ｚ ｉ
（ ｏｌ ｅｏ ｆｒ ｔ ｎａｄＣ ｍ ｎｃｔｎＥ ｇ ｅｒ ｇ ａｂｎＥ ｇ ｅｒ ｇＵ ｉ ｒ ｔ， ａｂｎ１００ ，Ｃ ｉ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｎ ｍａｏ ｎ ｏ ｍｕ ｉ ｉ ｎ ｉ ｅｉ ，Ｈ ｒｉ ｎ ｉ ｅ ｎ ｎｖ ｓｙ Ｈ ｒｉ ５ ０ １ ｈｎ ｅ Ｉｏ ｉ ａｏ ｎ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ａ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｎ ａ ｒａ ｙ ｒ ｓ ｌ ｅ ｒ ａ ｙ；ｄ ｇ ｔｌｍｕ ｔ ｂ ａ ｏ ｉ ｇ ＭＳ ２ Ｆ ０ ｉ ｉ ｉ ｌ － ｅ ｍｆ ｒ ｎ ；Ｔ ３ ０ ２ ６ ａ ｉ ｍ
数 字 多波 束形 成 （ ｉｉｌ ｌ．ｅｍｏ ｉｇ 是 ｄｇａ ｍｕｔｂａ ｆｒ ｎ ） ｔ ｉ ｍ 近 十年来 发展起 来 的一 种提 高 天线性 能 的强有 力技
束形成原理 的阐述 ， 并结合 Ｔ 公司 Ｔ ３０ ２ ６硬件 的特点利 用单波束 准实时叠 加 的方 法实 现了数 字多波 束 Ｉ ＭＳ２ Ｆ０ 形成 的信号处理 目的 ， 实验结果表 明， 采用此种方法 多波束形成速 度快 ， 扩展性 能好 ．
关键词 ： 直线阵列 ； 数字 多波 束 ；ＭＳ２ Ｆ０ ； Ｔ ３ ０ ２６
维普资讯
第３ ３卷第 １ １期
２０ ０ ６年 １ 月 １
应
相控阵雷达 多波束形成 成像算法
相控阵雷达多波束形成成像算法介绍相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种通过调控天线元件的相位实现波束形成和指向控制的雷达系统。
多波束形成是相控阵雷达的重要功能之一，它可以实现对多个目标同时进行跟踪和监测。
成像算法是多波束形成过程中的核心技术，通过对采集的多个波束数据进行处理，可以实现高分辨率的目标图像重建。
多波束形成原理多波束形成（Multiple Beamforming）是指相控阵雷达通过控制天线元件的相位和振幅，使得形成多个波束同时向不同的方向发射和接收雷达信号。
每个波束可以对应一个目标，通过对多个波束数据的处理，可以实现对多个目标同时进行探测和跟踪。
多波束形成的原理主要包括以下几个步骤：1.相位控制：通过调整天线元件的相位，使得不同天线的辐射场在特定方向上达到相干叠加，形成一个波束向目标方向传输能量。
2.叠加和幅度调控：通过对多个波束的接收信号进行叠加，并对每个波束的幅度进行调控，以实现不同目标的加权处理。
3.信号处理：对叠加后的信号进行滤波、频谱分析等处理，提取目标信息并进行跟踪和监测。
成像算法成像算法是多波束形成过程中的核心技术，它通过对采集的多个波束数据进行处理，以实现目标图像的重建和显示。
常用的成像算法包括：1. 空时波束形成（Space-Time Beamforming）空时波束形成是一种基于频域处理的成像算法，它主要包括以下几个步骤：•将采集到的多个波束数据进行傅里叶变换，得到频域数据。
•对频域数据进行波束形成，即通过对不同频率分量的相位进行调控，使得能量聚焦在目标方向上。
•对各个频率分量的波束形成结果进行加权叠加，得到最终的空时波束。
空时波束形成算法能够有效地抑制杂波和干扰，提高目标的分辨率和检测性能。
2. 压缩感知成像（Compressive Sensing Imaging）压缩感知成像是一种基于稀疏表示的成像算法，它利用目标在稀疏表示下的特性，通过采集少量的波束数据来重建目标图像。
多波束原理深度解析
多波束原理深度解析多波束原理是一种用于无线通信系统中的技术，它能够显著提高信号传输的可靠性和效率。
在多波束原理中，发送端通过使用多个天线和信号处理算法，能够将信号分成多个波束并同时向不同的接收端发送。
这种技术在提高无线通信系统覆盖范围、减少干扰以及提高信号传输质量方面具有重要的应用价值。
多波束原理的核心思想是利用多个天线来形成多个波束，每个波束可以指向不同的接收端。
通过这种方式，可以在不同的方向上同时传输数据，从而提高信号的传输效率。
同时，多波束原理还能够有效减小信号的干扰，提高系统的可靠性。
多波束原理的实现需要借助于信号处理算法。
首先，发送端需要对要传输的信号进行处理，将其分成多个子信号。
然后，通过对每个子信号进行加权和相位调整，可以形成多个波束。
最后，通过将这些波束分别发送给不同的接收端，实现多个方向的同时传输。
多波束原理在无线通信系统中有广泛的应用。
首先，它可以用于增加系统的覆盖范围。
传统的无线通信系统通常使用单一的天线进行信号传输，覆盖范围有限。
而多波束原理可以利用多个天线，将信号分成多个波束，从而可以实现更大范围的覆盖。
这对于提供广域网络覆盖具有重要意义。
多波束原理还可以用于减少信号的干扰。
在传统的无线通信系统中，由于信号在传输过程中会受到各种干扰的影响，导致信号质量下降。
而多波束原理可以通过将信号分成多个波束，并将它们分别发送给不同的接收端，从而有效减小信号之间的干扰，提高信号传输的质量。
多波束原理还可以用于提高系统的容量。
在传统的无线通信系统中，由于信道资源有限，系统的容量往往受到限制。
而多波束原理可以通过同时在不同的方向上传输数据，从而提高系统的容量。
这对于满足日益增长的数据传输需求具有重要意义。
多波束原理是一种能够提高无线通信系统效率和可靠性的重要技术。
通过利用多个天线和信号处理算法，可以将信号分成多个波束并同时向不同的接收端发送。
多波束原理在扩大系统覆盖范围、减小信号干扰和提高系统容量等方面有重要的应用价值。
相控阵雷达多波束形成成像算法
相控阵雷达多波束形成成像算法相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种采用多个雷达天线单元，通过精确的相位控制实现波束的形成和多波束成像的雷达系统。
相控阵雷达具有快速扫描、高度定位精度和抗干扰能力强等优势，被广泛应用于军事和民用领域。
在相控阵雷达中，多波束成像算法是实现目标探测和识别的关键技术之一多波束成像算法通过采集多个波束的回波信号，并将其综合分析，提取目标的信息。
常见的多波束成像算法包括波达矢量法（Wavenumber Vector Algorithm）、最大似然法（Maximum Likelihood Method）、最小二乘法（Least Squares Method）等。
波达矢量法是一种常用的多波束成像算法。
它基于多通道相控阵雷达的输出数据，对每个源波束进行相干合成，得到新的波束，以获得更高分辨率的成像结果。
具体步骤如下：1.在相控阵雷达中，多个天线单元分别接收到目标的回波信号，并将信号进行变频处理，转换为基带信号。
2.对于每个源波束，通过给每个天线单元施加不同的相位延迟，实现波束的方向性选择。
通过相位延迟控制，可以控制波束的形成方向。
3.对接收到的回波信号进行时域和频域处理，获得目标的空时信息。
4.对每个源波束的输出信号进行相干合成，得到新的波束。
5.对新的波束进行后续的信号处理和成像算法，获得目标的成像结果。
最大似然法是一种基于统计学的多波束成像算法。
它假设目标的回波信号满足高斯分布，并利用最大似然估计方法，通过最大化似然函数，计算出目标的位置和幅度信息。
最小二乘法是一种通过最小化误差平方和的方法，进行多波束成像的算法。
它根据每个源波束的输出信号和目标位置的关系，建立数学模型，通过求解最小二乘问题，得到目标的位置和幅度估计结果。
总之，多波束成像算法是相控阵雷达中的重要技术，通过采集多个波束的回波信号，并利用合适的算法进行信号处理和成像分析，可以实现目标的快速探测和精确定位。
前视声纳中多波束形成算法的FPGA实现
现代电子技术Modern Electronics TechniqueAug.2023Vol.46No.162023年8月15日第46卷第16期0引言近年来，随着陆地资源的逐渐枯竭，各国加大了海洋探测、开发的力度。
进行海洋探索，例如水下勘探、水下搜救、捕捞渔业等都需要高效的水下检测手段。
在水下作业中，由于光和电磁波在水中传播会产生巨大的衰减，而声波在水下有着很好的传播效率，所以声纳设备成为了水下探测的主要方式。
声纳的原理是利用接收DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.16.003引用格式：韩瑞涛，郭拓，李斌，等.前视声纳中多波束形成算法的FPGA 实现[J].现代电子技术，2023，46（16）：15⁃21.前视声纳中多波束形成算法的FPGA 实现韩瑞涛1，郭拓1，李斌1，刘建国2（1.陕西科技大学电子信息与人工智能学院，陕西西安710021；2.西北工业大学航海学院，陕西西安710072）摘要：在阵元数量和波束数量较多的情况下，多波束形成算法对FPGA 的计算资源以及数据传输能力要求极高。
文中使用Xilinx 公司的Kintex⁃7系列FPGA 对96通道、256波束的二维前视声纳中正交多波束形成算法进行研究。
针对正交多波束形成算法资源消耗过大的问题，整体算法采用12个子模块并行逐级求和的方法实现，该方法可对算法结构进行显著优化，每个子模块结构包括数字正交混频、低通滤波抽取和多波束形成三个部分。
子模块工作的最高频率为128MHz ，故提出通过8通道复用的方法实现数字正交混频和滤波抽取，通过乒乓存储操作以及2048倍复用复数乘法器实现多波束形成；再将三个算法子单元串行处理，实现数据不间断输出，从而解决传统全并行多波束形成算法导致FPGA 资源消耗严重以及不足的问题。
最后，通过Matlab 仿真和标准信号源测试验证所提方案的可行性。
关键词：前视声纳；多波束形成算法；FPGA ；数字正交混频；低通滤波抽取；多波束形成模块；信号源测试中图分类号：TN929.3⁃34文献标识码：A文章编号：1004⁃373X （2023）16⁃0015⁃07FPGA implementation of multibeam forming algorithm in forward looking sonarHAN Ruitao 1,GUO Tuo 1,LI Bin 1,LIU Jianguo 2(1.School of Electronic Information and Artificial Intelligence,Shannxi University of Science &Technology,Xi ’an 710021,China;2.School of Marine Science and Technology,Northwestern Polytechnical University,Xi ’an 710072,China)Abstract ：In the case of a large number of array elements and beams,the multi beam forming algorithm requires extremely high computational resources and data transmission capabilities of FPGA.The Xilinx′s Kinex⁃7series FPGA is used to study the orthogonal multi beam forming algorithm in 96channel and 256beam 2D forward looking sonar.In allusion to the problem of excessive resource consumption of orthogonal multibeam forming algorithm,the overall algorithm is implemented by means of parallel and step ⁃by ⁃step summation of 12sub ⁃modules,which can significantly optimize the algorithm structure.Each sub ⁃module structure includes three parts:digital orthogonal demodulation,low⁃pass filter decimation and multibeam forming.As the maximum frequency of the submodule operation is 128MHz,an 8⁃channel multiplexing method is proposed to achieve digital orthogonal demodulation and filtering extraction.Multibeam forming is realized by means of ping⁃pong storage operation and 2048fold multiplexed complex multiplier.The serial processing of three computational subunits is conducted to achieve uninterrupted data output,thereby solving the problem of severe and insufficient FPGA resource consumption caused by traditional fully parallel multibeam forming algorithms.The feasibility of the proposed scheme is verified by means of Matlabsimulation and standard signal source testing.Keywords ：forward looking sonar;multibeam forming algorithm;FPGA;digital quadrature demodulation;low ⁃pass filterdecimation;multibeam forming module;signal source testing收稿日期：2022⁃12⁃01修回日期：2023⁃01⁃19基金项目：国家自然科学基金重点项目（62031021）;陕西省教育厅⁃科学研究计划项目（20JK0532）；陕西省教育厅⁃科学研究计划项目（20JK0533）15现代电子技术2023年第46卷收到的反射回波来判断水下目标的情况，然而，对于人类来说，图像反映出的信息更直观且更容易被接受。
多波束系统介绍与实际应用
多波束系统介绍与实际应用多波束系统是一种可以将信号分为多个波束向不同方向传播的无线通信系统。
它通过使用多个天线和信号处理技术，可以实现更高的传输速率和更好的通信质量。
在本文中，将介绍多波束系统的工作原理、实际应用以及该技术的优势等方面内容。
多波束系统的工作原理是基于多个天线同时发射或接收信号，并通过对接收到的信号进行处理，以提高无线通信的可靠性和性能。
该系统可以在不同的方向上形成多个波束，在每个波束上使用不同的调制方式和编码方法，以提供更大的频谱效率和更低的误码率。
多波束系统的实际应用非常广泛。
首先，在无线通信领域，多波束系统可以提供更好的服务质量和更高的数据传输速率。
例如，在移动通信中，可以使用多波束系统来为大量的用户提供高速的数据传输服务，以满足日益增长的通信需求。
除了移动通信，多波束系统还可以在雷达、卫星通信、无人机通信等领域中发挥作用。
在雷达应用中，多波束系统可以提高目标探测的准确性和范围。
在卫星通信领域，多波束系统可以增加卫星的通信容量，提供更高的数据传输速率和更稳定的通信连接。
此外，多波束系统还可以用于无人机通信，以实现无人机之间的高速数据传输和协同操作。
无人机通信领域的应用包括无人机之间的通信和指挥、无人机与地面站之间的通信等。
多波束系统可以通过将信号分为多个波束，提供更大的通信容量和更稳定的通信连接，从而支持更复杂的无人机任务。
多波束系统相比传统的单波束系统具有许多优势。
首先，多波束系统可以通过使用多个波束，提供更高的频谱效率。
传统的单波束系统只能使用一个波束，而多波束系统可以同时使用多个波束，在同样的频谱资源下提供更多的数据传输量。
其次，多波束系统可以提供更稳定和可靠的无线通信连接。
传统的单波束系统容易受到多径效应、干扰和噪声的影响，而多波束系统可以通过使用多个波束，在不同的方向上分布信号，从而减轻这些影响并提高通信质量。
此外，多波束系统还可以增加系统的灵活性和可扩展性。
通过使用多个天线和信号处理技术，可以对多波束系统进行灵活配置和升级，以适应不同的通信场景和需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
３ 发射波束形成的系统实现
发射波形形成器 ＧＥＮ 由 ＦＰＧＡ 和 其 外 围 器 件 组成。主控计算机 ＣＰＵ 通过串口控制 ＧＥＮ， 使其产 生 ４８ 路由 ＴＴＬ 方波填充的包络信号。４８ 路发射信 号的相位差根据发射波束的偏转角要求来确定。
Ａｌｔｅｒａ 公 司 Ｃｙｃｌｏｎｅ 器 件 系 列 ＦＰＧＡ 是 目 前 市 场上性价比最优且价格最低的 ＦＰＧＡ。Ｃｙｃｌｏｎｅ 器件 基 于 成 本 优 化 的 全 铜 １．５Ｖ ＳＲＡＭ 工 艺 ， 容 量 从 ２ ９１０ 至 ２０ ０６０ 个逻辑单元， 具有多达 ２９４ ９１２ ｂｉｔ 嵌入 ＲＡＭ。Ｃｙｃｌｏｎｅ ＦＰＧＡ 支持各种单端 Ｉ／Ｏ 标准， 如 ＬＶＴＴＬ、ＬＶＣＭＯＳ、ＰＣＩ 和 ＳＳＴＬ－２／３， 通过 ＬＶＤＳ 和 ＲＳＤＳ 标准提供多达 １２９ 个通道的差分 Ｉ／Ｏ 支持。每 个 ＬＶＤＳ 通 道 的 数 据 传 输 速 度 高 达 ６４０Ｍｂｐｓ。 Ｃｙｃｌｏｎｅ ＦＰＧＡ 中有两个锁相环（ ＰＬＬ） 提供六个输出 和层次时钟结构， 以及复杂设计的时钟管理电路。 这 些 最 高 效 架 构 特 性 的 组 合 使 得 ＦＰＧＡ 系 列 成 为 ＡＳＩＣ 最灵活和最合算的替代方案［５］。
"１， ４７＝７．７１８ ４２６!ｓ 即当发射声波波束偏转角为－４４°时， 相邻两个 通道的发射包络信号的时延应为 ７．７１８ ４２６μｓ。 若选用 ２０ＭＨｚ 晶振作为 ＦＰＧＡ 的时钟信号， 当 相 邻 两 个 通 道 的 发 射 信 号 时 延 为 ７．７１８ ４２６μｓ 时 ， 计数器要 １５４．３６８ ５ 次分频， 由于计数器必须取整 数， 则 计 数 器 取 １５４ 次 分 频 ， 实 际 时 延 为 ７．７μｓ， 发 射声波波束角度为－ ４３．８６８ １°， 此时发射角度误差为 ２．９９７ ７‰； 若选用 ６０ＭＨｚ 晶振作为 ＦＰＧＡ 的时钟信号， 计数器取 ４６３ 次分频， 则实际时延为 ７．７１６ ６６７μｓ， 发射声波波束角度为－ ４３．９８７ ４°， 此时发射角度误差 为 ０．２８６ ４‰。 本 文 中 选 用 ６０ＭＨｚ 晶 振 作 为 ＦＰＧＡ 的时钟信号。
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ ： Ｉｎ ｓｏｎａｒ， ｐｈａｓｅｄ ｄｅｆｌｅｘｉｏｎ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｏｒｍ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ／ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｂｅａｍｓ ｉｎ ｄｉｆｆ－ ｅｒｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ． Ｄｅｆｌｅｘｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ａｒｒａｙ ｂｅａｍｓ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｂｅａｍｓ ｔｈａｔ ｒｏｔａｔｅｓ ｓｉｎｇｌｅ ｂｅａｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ； ＦＰＧＡ ｄｅｖｉｃｅｓ； ｂｅａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ
ｄ≤λ
若要保证任何旁瓣的高度不超过第一个旁瓣的
高度（ 约为－ １４ｄＢ） ， 则应满足
ｄ≤（ Ｎ－１） λ／Ｎ
若要保证旁瓣一个比一个低， 则应满足
ｄ≤λ／２
２．２ 由 Ｎ 个无方向性阵元组成的等间隔线阵声轴
电偏转后的指向性
当 工 作 频 率 为 Ｆ， 声 轴 偏 转 角 为 θＥ 时 ， 其 指 向 性为：
大， 则应满足：
ｄ≤ " １＋｜ｓｉｎ（ θＥ） ｜
若要保证任何旁瓣的高度不超过第一个旁瓣的
高度（ 约为－ １４ｄＢ） ， 则应满足
ｄ≤ （ Ｎ－ １） " Ｎ（ １＋｜ｓｉｎ（ θＥ） ｜）
若要保证旁瓣一个比一个低， 则应满足
ｄ≤
"
２（ １＋｜ｓｉｎ（ θＥ） ｜）
２．３ 发射波束的形成方法［２－４］
收稿日期： ２００６－０２－２４； 修回日期： ２００６－０４－０６ 作者简介： 罗玉兰（ １９７２－） ， 女， 吉林人， 硕士， 研究方向为信号与信息
处理。 通信作者： 罗玉兰， Ｅ－ｍａｉｌ： ｖｉｏｌｅｔ＿ｌｕｏ＠ｃｉｔｉｚ．ｎｅｔ。
图 １ 相控偏转的示意图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｐｈａｓｅｄ ｄｅｆｌｅｘｉｏｎ
#ｋ， ｉ＝（ Ｎ－
ｉ）
ｄｓｉｎθｋ ｃ
（ ６）
由于因果律的约束无法提供负的延迟（ 即超前） ， 因 此 当 第 ｋ 个 角 度 的 发 射 波 束 在 基 阵 法 线 右 θｋ
第２期
罗玉兰等： 多波束形成方法及其实现
３１７
（ θｋ≥０） 方向， 第 ｉ 个阵元的发射波形应较第 １ 个阵 元的发射波形落后：
选用 Ｃｙｃｌｏｎｅ 器件系列中的 ＥＰ１Ｃ６ 型 ＦＰＧＡ 来 作为发射波形形成器 ＧＥＮ 的核心器件。ＦＰＧＡ 内部 的编程框架由 ＲＳ２３２ 单 元 、时 钟 单 元 、延 时 控 制 单 元和波形形成单元等四部分构成， 如图 ４ 所示。
图 ４ 声呐发射系统组成原理性方框图 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｏｎａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
下面举例来说明 ＦＰＧＡ 的工作原理。设产生的 发射包络信号参数 ： 周 期 为 １ｓ、脉 宽 为 ０．５ｍｓ、发 射 声波波束角度为－ ４４°（ 扫描扇面为－ ４５°～＋４５°， 共 ９１ 个角度） 、共 ４８ 个通道， 发射阵中两相邻阵元的间距 ｄ＝（ ７５／１８０） ×ｃ／Ｆ。
由 式 （ ６） 可 得 ： 第 ４７ 个 阵 元 的 发 射 波 形 ＴＸ４７ 应较第 ４８ 个阵元的发射波形 ＴＸ４８ 落后（ 如图 ５ 所 示） ：
如果要形成偏离法线方向 θ（ 波束在法线左侧时
θ为负， 在法线右侧时 θ为正） 角方向的发射波 束 ， 则第 ｉ＋１ 个阵元与第 ｉ 个 阵 元 发 射 的 时 间 差 为 ： #＝ ｄ×ｓｉｎθ／ｃ。当 τ为正时， 第 ｉ＋１ 个阵元比第 ｉ 个阵元延 迟发射； 当 τ为负时， 第 ｉ＋１ 个阵元比第 ｉ 个阵元超 前发射。
Ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍ ｆｏｒ ｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＬＵＯ Ｙｕ－ｌａｎ， ＪＩＮＧ Ｙｏｎｇ－ｇａｎｇ， ＸＵ Ｗｅｉ－ｊｉｅ
（ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ａｃａｄｅｍｉａ Ｓｉｎｉｃａ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３２， Ｃｈｉｎａ）
１引言
随着电子技术与计算机技术的发展， 多波束形 成 、相 控 偏 转 等 技 术 被 越 来 越 多 地 应 用 到 声 呐 探 测 中。相控阵可以利用简单的数字电路来实现基阵发 射角度的偏转， 这大大方便了系统的实现。
２ 波束形成的理论计算与计算机仿真
为了简化， 我们先考虑一个由 Ｎ 个电声性能完 全一致的无方向性阵元组成等间隔线阵， 阵元间距 为 ｄ， 如图 １ 所示。
实际应用中， 通过对一个线阵的各个阵元加以 不同的延迟， 使发射波束在 θ角方向同相叠加， 即可 达到发射过程中相控偏转的效果。
但是仅仅有相控发射偏转还是不够的。在实际 应用中， 不仅要求作用距离要尽可能地远， 还要求扫 描一个扇面的时间尽可能地少。举例来说： 如果总 体指标要求作用距离为 ５００ｍ， 其角度分辨率为 １°， 对±４５°扇面进行监视， 则发射的重复周期为：５００＊３／ ２＊２／１５００＝１ｓ， 即每隔一秒发射一次、扫描一个角度； 那么扫描完±４５°的时间为 ９１ｓ， 显然无法满足大部 分实战的需求。
其－ ３ｄＢ 开角的表达式为：
３１６
声
学
技
术
２００７年
!!－ ３ｄＢ＝２ａｒｃｓｉｎ（
０．４４" Ｎｄ
）
（ ２）
当 Ｎｄ＞＞λ时， 则
!!－
３ｄＢ＝５０．４２
" Ｎｄ
（ ３）
用上式所表示的－ ３ｄＢ 开角的单位为（ °） 。
若要保证当 θ在－ ９０°～＋９０°范围内指向 性 不 出
现副极大， 则应满足：
Ｔ
ＴＸｉ － ４５°
－ ４４°
－ ４３°
＋４５°
图 ２ 第 ｉ 个通道的发射波形示意图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｆｏｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｉ
对一个 Ｎ 阵元的等间隔线阵， 若阵元的间距为 ｄ， 第 ｋ 个角度的发射波束在基阵法线左 θｋ 方向， 第 ｉ 个 阵元的发射波形应较第 Ｎ 个阵元的发射波形落后：
周期 Ｔ
ＴＸ４８ － ４５°
ＴＸ４７
－ ４５°
－ ４５° － ４５°
－ ４４° － ４４°
图 ５ 相邻两个通道的发射包络信号示意图 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ａｄｊａｃｅｎｔ ｃｈａｎｎｅｌｓ
"ｋ， ｉ＝（ ｉ－ １）
ｄｓｉｎθｋ ｃ
（ ７）
图 ３ 是点阵元数为 ４８， 阵元间距为 ７５／１８０ 个 波长， 正对基阵法线方向的发射指向性。
Ｄ（ Ｔｈｅｔａ） １ －９ －８ －７ －６ －５ －４ －３ －２
－ ６０ － ４０ － ２０ ０
２０ ４０ ６０
Ｔｈｅｔａ／ＤＥＧ
图 ３ ０°方向的发射指向性图 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｔ ０°
如 ， 当 Ｎｄ＝２０λ时 ， 若 θＥ＝０， 则－ ３ｄＢ 开 角 为 ２．５２１°； 若 θＥ＝３０°， 则 － ３ｄＢ 开 角 为 ２．９１２°； 若 θＥ＝４５°， 则 － ３ ｄＢ 开角为 ３．５６８°。为了避免声轴偏转时波束展得很