FFT在球、环、六角形阵中的应用-硕士论文.doc

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1、摘要近年来，阵列处理技术用于目标检测和参数估计，以其独特的优势展现了良好的应用前景。本文主要是以水下目标检测和测向(DOA估计)为应用背景，解决不同阵形阵处理中日益庞大的数据量运算以提高效率的问题，对阵波束形成中运用傅立叶变换及其相应的快速算法进行了理论分析与推导，并做了仿真和实验研究工作。本文假定信号为平面波，不同的波数对应着不同入射信号的方向，对平面、柱、球阵波束形成原理和傅立叶变换波束形成算法进行了探讨和研究。在时延(相移)—求和波束形成原理基础上，傅立叶变换波束形成的变换基可以是相位复矢量、贝塞尔函数或者球函数，它们的

2、宗量是各阵元的相移，然后经加权叠加形成波束，这种运算是空间傅立叶变换，它将信号从空间域变换到波数域。傅立叶波束形成首先把各阵元接收到的信号做傅立叶变换，将其从时间域变换到频率域()，而后在频率域中从空间域变换到波数域()。在用于DOA估计的平面阵空间傅立叶变换中，对于线阵是一维的，对于矩形阵和六角形阵是二维的，变换基是相位复矢量；用于DOA估计的圆柱阵、球阵以及平面阵中的圆阵，空间傅立叶变换也是二维的，但其变换基是贝塞尔函数或者球函数，因而这类波束形成称为广义傅立叶变换波束形成。本文首先对以相位复矢量为变换基的直线阵、矩形阵和

3、六角形阵的傅立叶波束形成及其快速傅立叶变换波束形成进行了理论研究和仿真实验。接着，对分别以贝塞尔函数或球函数为基的圆、圆柱或球阵的傅立叶波束形成进行了理论研究和仿真实验。最后，对于六角形阵的傅立叶波束形成及其快速算法，构建了一个六角形阵实验系统，并在实验室波导中做了验证性实验研究,为下一步×××973项目海上试验研究奠定基础。本文的创新点是：1、系统地对不同阵形的阵，分别以相位复矢量、贝塞尔函数和球函数做为变换基，进行了空间傅立叶或广义傅立叶变换波束形成研究。2、将六角形快速傅立叶变换成功地应用于六角形阵的波束形成，并进行了实

4、验研究，取得了预期的结果。关键词：Fourier变换；FFT；DOA估计；波束形成；阵列信号处理；声纳；73ABSTRACTThetechniqueofarrayprocessingusedforobjectdetectionandparameterestimation,whichdependentsonitsownsuperiority,showsawideapplicationinrecentyears.OntheapplicationbackgroundoftheunderwaterobjectdetectionandD

5、OAestimation,thethesisresolvestheproblemoflargeamountofdataoperationforimprovingtheefficiencyofarrayprocessingindifferentkindsofarrays.ThenthisthesisanalysesanddeducestheFouriertransformanditsfastalgorithmwhichisappliedtobeamforming.Finally,simulationsandexperiments

6、arecarriedoutandtheoreticalresultsaretested.Accordingtotheassumptionthatsignalisplane-waveanddifferentwavenumberrepresentsdifferentsignalDOA,thetheoryandalgorithmofFouriertransformbeamformingtoplanar,cylindricalandsphericalarraybeamformingareinvestigated.Basedonthef

7、undamentaltheoryoftime-delay(phased-shift)summation,transformbasesofFouriertransformcanbephasor,Besselfunctionorsphericalfunction,andtheirensemblesarephased-shiftofeacharrayelement.Thenthroughweightingandsumming,beamformingisachieved.Thisoperationisconsideredasaspat

8、ialFouriertransformandittransformsthesignalintheformofspacedomainintotheformofwavenumberdomain.BytimedomainFouriertransform,Fouriertransfo