CN103792513A - 一种雷声定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雷声定位系统及方法，其系统包括探测装置、数据采集模块和数据处理模块，探测装置与数据采集模块配接，数据采集模块与数据处理模块配接，探测装置采用十九元十字阵传声器阵列。传声器阵列采用三维十字型立体阵列结构，由十字型水平坐标轴和一字型垂直坐标轴组成。其方法是，传声器阵列探测到的雷声信号和雷电电磁信号送入数据采集模块，经过数据采集模块预处理后输出至数据处理模块，数据处理模块通过频域波束形成算法对水平坐标轴和垂直坐标轴上的传声器获取的雷声信号进行分步处理，确定雷声信号的方位角和俯仰角，再结合声电到达时差确定雷声声源的距离，实现仅通过单个探测装置获取精确的雷电发生位置和通道三维定位结果。

Description

一种雷声定位系统及方法

技术领域

本发明涉及雷电监测领域，尤其涉及一种雷声定位系统及方法，适用于单站雷电探测系统。 

背景技术

雷电发生时瞬间释放的巨大能量将引起闪电通道的迅速膨胀，这种能量的扩散过程会产生冲击波，冲击波在大气中传播的同时其能量会减弱和退化，最终形成听不见的声波和听得见的雷声。为了研究雷电的发生和发展的物理过程，确定雷电的发生位置以及分析雷电所引起的雷击事故的原因，人们在不断的研究过程中，已经获得过一些有关确定雷电的发生时间和确定发生雷电位置的方法。其中，依据雷声信号定位雷声声源位置的方法的研究得到了不断的发展。据申请人所知，依据雷声信号定位雷声声源位置的方法的提出者是Few，Few在依据雷声信号定位雷声声源位置的研究方面取得了让同行的科研人员认可的成就，他利用雷声传感器阵列首次实现了闪电通道的重建；他发现基于雷声信号到达不同雷声传感器的时间差就可以确定雷声的方向射线信息，同时结合雷声信号与雷电电磁信号的时间差能够获取雷电的距离信息，最终能定位雷声声源的位置。 

此外，中国国内出版的《高原气象》杂志在2012年第1期发表的文章《基于雷声到达时间差的单站闪电通道三维定位系统》和中国专利文献《一种基于声光电同步观测的雷电定位装置》（专利号：CN201220453805.8）公开的有关定位雷声声源位置的技术内容，让人们对这方面的研究情况有了进一步的了解。 

申请人通过对上述文章和文献的研究发现，《基于雷声到达时间差的单站闪电通道三维定位系统》的文章和《一种基于声光电同步观测的雷电定位装置》（专利号：CN201220453805.8）的专利文献中所公开的技术各有其独到之处，它们提出的雷声传感器阵列以及探测方法是在现有的技术基础上做的改进和优化的产物，但是二者所采用的雷声定位算法还是沿用了前人的方法。据申请人所知，该雷声定位算法是利用时延估计算法处理多路雷声时域信号，从而获取信号到达不同传感器的时间差。由于雷声信号属于低频连续信号，其在传播过程中必定会受各种因素干扰，包括不同雷声声源信号间的相互干扰，这样就会导致雷声信号的互相关联函数存在很多的不确定性，使得雷声定位算法的可靠性和准确性受到影响。事实上，导致雷声信号的互相关联函数的确存在有多个峰值或者没有明显的峰值的情况，其造成的后果是容易引入较大的定位误差。此外，在上述的已经公开的技术中所涉及的定位系统中采用的雷声传感器阵列是由四个传感器构建而成的，而在垂直方向上仅有一个传感器且在水平方向呈不对称结构，申请人认为，这将会导致该雷声传感器阵列的探测效率和定位精度不够高。 

中国发明专利文献《多个声音传感器雷电定位仪及其定位方法》（专利号：CN200910310395.4）公开的技术内容是，利用四个麦克风传感器获得雷声信号到达时间，由此计算出雷声信号间的到达时差，再根据双曲线方法获得雷声声源的发生位置。申请人通过研究和试验发现，《多个声音传感器雷电定位仪及其定位方法》提出的技术方案存在如下问题：首先，雷声信号在空气中传播受到诸多干扰，其采用的多个声音传感器雷电定位仪（系统）仅只有为数不多的（四个）麦克风传感器，利用四个麦克风传感器获取的四路雷声信号进行定位，其结构过于简单，这将导致定位精度不高；其次，《多个声音传感器雷电定位仪及其定位方法》（专利号：CN200910310395.4）提出的技术方案并未给出获取准确的雷声信号间的到达时差的具体方法。由于实际雷声信号是连续复杂的低频信号，并不是仅仅用原始信号到达时间就能够直接获取实际雷声信号的到达时差。因此，《多个声音传感器雷电定位仪及其定位方法》（专利号：CN200910310395.4）所公开的技术在实际运用中就会碰到一些难以克服的困难和问题。而且依靠现有的技术给出的方法和启示是不能够克服的。 

发明内容

本发明的目的是，针对上述现有技术存在的不足，进行改进，同时克服由各种因素干扰以及不同雷声声源信号间的相互干扰而导致的雷声时域信号时间差获取的困难，还要解决各种因素干扰以及不同雷声声源信号间的相互干扰而导致的容易引入较大定位误差的问题，提出并研究一种雷声定位系统及方法。 

本发明的技术解决方案是： 

一种雷声定位系统，包括探测装置、数据采集模块和数据处理模块，其特征在于，探测装置与数据采集模块配接，数据采集模块与数据处理模块配接，数据采集模块用于实时采集探测装置探测的信号，并对采集的信号进行预处理；数据处理模块用于实现数据的后期处理，数据处理模块用于雷声定位算法的计算；探测装置采用传声器阵列，传声器阵列采用十九元十字阵传声器阵列，十九元十字阵传声器阵列采用了十九个传声器和一个三维十字型立体阵列，十九个传声器装在三维十字型立体阵列上，三维十字型立体阵列由十字型水平坐标轴和一字型垂直坐标轴组成，在三维十字型立体阵列中，十二个传声器对称安装于十字型水平坐标轴上，每三个传声器分别安装在十字型水平坐标轴上以中心点（即原点）为起始点的一个方向轴上，且安装在同一个方向轴上的各个传声器距离十字型水平坐标轴的中心点的距离是不均等的，另外的七个传声器也是以不等的间距安装于一字型垂直坐标轴上。

其特征在于：十九元十字阵传声器阵列上的十九个传声器中有一个传声器采用电容式麦克风，该电容式麦克风安装在一字型垂直坐标轴的顶部，电容式麦克风的响应频率为15Hz-20KHz，电容式麦克风能同时探测雷声信号和雷电电磁信号，其余的十八个传声器采用驻极体自由场传声器，驻极体自由场传声器的响应频率为10Hz-5kHz，驻极体自由场传声器用于探测雷声信号。 

其特征在于：位于同一个方向轴上的传声器以不等间距分布。 

其特征在于：十九元十字阵传声器阵列的十字型水平坐标轴的方向轴的长度为2.1m，安装在同一个方向轴上的传声器分别距离中心点（即原点）0.25m、0.5m、1m；一字型垂直坐标轴的高度为2.086m。 

其特征在于：数据采集模块共采集十九路原始信号，其中，十八路原始信号仅包含雷声信号，数据采集模块对其进行放大、模数转换、平滑处理以及低通滤波处理的一系列预处理，输出处理后的雷声信号至数据处理模块，另一路信号同时包含雷声信号和雷电电磁信号，数据采集模块也对其进行放大、模数转换、平滑处理以及高通滤波处理的一系列预处理，输出处理后的雷电电磁信号至数据处理模块，由数据处理模块对预处理后的信号进行定位分析获得最终的定位结果。 

一种雷声定位方法，采用探测装置探测雷声信号和雷电电磁信号，对探测获得的雷声信号和雷电电磁信号进行处理，采用雷声定位的算法进行计算，获取雷电发生的位置，其特征在于，雷声定位的算法采用了频域波束形成算法；探测装置采用了十九元十字阵传声器阵列，通过十九元十字阵传声器阵列探测雷声信号和雷电电磁信号，将十九元十字阵传声器阵列探测获得的雷声信号和电磁信号送入数据采集模块，送入数据采集模块中的十九元十字阵传声器阵列探测获得的雷声信号和雷电电磁信号经过预处理后从数据采集模块输出至数据处理模块，经过预处理后的雷声信号和雷电电磁信号再通过数据处理模块进行处理能够获得最终的定位结果；数据处理模块通过频域波束形成算法对水平方向和垂直方向上的雷声信号进行分步处理，分别确定雷声信号的方位角和俯仰角，再结合声电到达的时间差，确定雷声声源的距离，从而能够实现仅通过单个探测装置获取精确的雷电发生位置以及通道三维定位结果；包括的步骤是： 

步骤S1，立体阵分步处理：将立体阵分成两个阵列：平面阵列和竖直线阵列；平面阵列获取的雷声信号用来估计雷声的方位角，竖直线阵列获取的雷声信号用来估计雷声的俯仰角；

步骤S2，信号的时频域转换：针对平面阵列和竖直线阵列上的雷声信号分别建立宽带阵列信号模型，对雷声时域信号进行傅里叶变换，获得阵列信号的频域表达式以方便下一步分析；

步骤S3，获取代价函数：根据宽带信号频域模型确定波束形成算法的代价函数；

步骤S4，角度估计：根据代价函数对空间谱进行全面搜索得到一个原始的角度估计，再对比前后时刻的估计结果对当前时刻的估计结果进行判定；如果当前时刻的估计结果与其前后时刻的估计结果相差小于预先设定的值 

，则认为该时刻的估计结果正确；如果当前时刻的结果与其前后时刻的估计结果大于预先设定的值

，则认为该时刻的估计结果有误，则进一步根据前后时刻的估计结果缩小搜索范围，对当前时刻的空间谱进行局部搜索，将这个局部峰值作为该时刻的角度估计，其中

是预设的值，根据经验选取其范围；

 步骤S5，定位结果获取：通过上述步骤分别对平面阵列和竖直线阵列的雷声信号进行处理得到雷声信号的方位角和俯仰角；基于雷声信号和雷电电磁信号的时间差确定雷声信号的距离，结合两者能够最终获取雷声声源的位置。

其特征在于，所述步骤S3代价函数的获取过程具体包括： 

S301：根据宽带信号频域模型求出信号在某一频带上的协方差矩阵，在快拍数有限时对协方差矩阵进行估计；

S302：根据上述协方差矩阵估计值和阵列的导向矢量，得到该频带上的代价函数；

S303：依次类推能够获得宽带信号在各个频带处的代价函数，将这些代价函数相加就能够得到宽带波束形成算法的代价函数。

本发明具有以下特点和有益效果： 

1、本发明采用了十九元十字阵传声器阵，该十九元十字阵传声器阵列在垂直方向上增加了多个传声器，从而大大改善了本发明的探测装置的探测效率，同时，形成了各个方向平衡的阵型，且传声器不等间距分布，提高了本发明的探测装置的整体定位精度。

2、在雷声定位处理时将立体阵分成两个阵列：平面阵列和竖直线阵列，将雷声的二维估计问题转化成两个一维的估计问题，增加了算法的准确性，减少了运算过程的复杂度。 

3、本发明的雷声定位方法采用了频域波束形成算法，计算复杂度低，估计精度较高，尤其适用于一元宽带目标信号的测量。 

4、通过单个探测装置即可获取雷电发生位置以及通道时空演变过程，本发明采用的探测装置设计合理，结构简单，架设方便，很大程度上降低了探测装置的成本和复杂度，特别适用于重点区域的小范围雷电监测。 

附图说明

图1、本发明的雷声定位系统基本结构示意图。 

图2、本发明的雷声定位系统采用的十九元十字阵传声器阵列的结构图。 

图3、本发明的雷声定位的方法流程图。 

图4、本发明的雷声定位的方法采用立体阵分步处理的示意图。 

图中，1、探测装置；2、数据采集模块；3、数据处理模块；4、十九元十字阵传声器阵列。 

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。 

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的雷声定位方法应用于雷声定位系统，本发明的雷电定位系统基于频域波束形成法以及声电到达时差法的基本原理，将立体阵分成平面阵列和竖直线阵列进行分步处理获取雷声的方位角和俯仰角；同时，通过测量雷声信号与雷电电磁信号到达测站的时差，估算雷声声源的距离，最终，获得雷声的发生位置以及通道三维结构。 

本发明的雷声定位系统包括三大组成部分：探测装置1、数据采集模块2和数据处理模块3。其中，探测装置1与数据采集模块2配接，数据采集模块2与数据处理模块3配接，探测装置1采用传声器阵列。探测装置1由传声器阵列构成，传声器阵列采用十九元十字阵传声器阵列4。十九元十字阵传声器阵列4采用十九个传声器和一个三维十字型立体阵列构成，十九个传声器包括十八个完全相同的驻极体自由场传声器和一个电容式麦克风，驻极体自由场传声器的响应频率优选为10Hz-5KHz，用于探测雷声信号；电容式麦克风响应频率优选为15Hz-20KHz，可同时探测雷声信号和雷电电磁信号；构成十九元十字阵传声器阵列4的三维十字型立体阵列采用了钢制支架，十九个传声器安装在钢制支架上，其安装分布的位置如图2所示。该钢制支架制成空间十字坐标系的形状，空间十字坐标系由十字型水平坐标轴和一字型垂直坐标轴组成。其中，水平方向上的四个方向轴分别安装有3个传声器，垂直方向上共安置7个传声器。位于同一个方向轴上的传声器以不等间距分布。十九元十字阵传声器阵列4的十字型水平坐标轴的方向轴的长度为2.1m，安装在同一个方向轴上的传声器分别距离中心点（即原点）0.25m、0.5m、1m；一字型垂直坐标轴的高度为2.086m。其详细的空间坐标如表1所示。 

表1 传声器空间坐标信息 

X1=[0.25, 0, 0]	X2=[0.5, 0, 0]	X3=[1, 0, 0]	X4=[0, -0.25, 0]
				X5=[0, -0.5, 0]	X6=[0, 1, 0]	X7=[-0.25, 0, 0]	X8=[-0.5, 0, 0]
X9=[-1, 0, 0]	X10=[0, 0.25, 0]	X11=[0, 0.5, 0]	X12=[0, 1, 0]
				X13=[0,-0.0625,0.354]	X14=[0,-0.0625,0.554]	X15=[0,-0.0625,0.754]	X16=[0,-0.0625,0.954]
X17=[0,-0.0625,1.104]	X18=[0,-0.0625,-0.196]	X19=[0,-0.0625,-0.446]

需要注意的是，电容式麦克风安装在一字型垂直坐标轴的顶部。

本发明的雷声定位方法，采用探测装置1探测雷声信号和电磁信号，对探测获得的雷声信号和雷电电磁信号进行处理，采用雷声定位算法的计算，以获取雷电发生的位置，雷声定位算法采用了频域波束形成算法；探测装置1采用了十九元十字阵传声器阵列4，通过十九元十字阵传声器阵列4探测雷声信号和雷电电磁信号，将十九元十字阵传声器阵列4探测获得的雷声信号和雷电电磁信号送入数据采集模块2，送入数据采集模块2中的十九元十字阵传声器阵列4探测获得的雷声信号和雷电电磁信号通过数据处理模块3进行处理，通过频域波束形成算法对水平方向和垂直方向上的雷声信号进行分步处理，分别确定雷声信号的方位角和俯仰角，再结合声电到达的时间差，确定雷声声源的距离，从而能够实现仅通过单个探测装置获取精确的雷电发生位置以及通道三维定位结果。 

本发明的十九元十字阵传声器阵列4用于采集近距离区域内雷电事件所产生的雷声信号以及雷电电磁信号，并通过连接线输送到数据采集模块2；数据采集模块2用于对十九元十字阵传声器阵列4所接收到的信号进行采集以及预处理。十九元十字阵传声器阵列4所接收到的信号包括雷声信号和雷电电磁信号。对于雷声信号，数据采集模块2对其进行放大、模数转换、平滑处理以及低通滤波处理的一系列预处理，输出处理后的雷声信号；对于雷电电磁信号，数据采集模块2也对其进行放大、模数转换、平滑处理以及高通滤波处理的一系列预处理，再输出处理后的雷电电磁信号。经过处理后的雷声信号和雷电电磁信号的数据送入数据处理模块3。数据处理模块3主要实现数据的后期处理以及用于雷声定位算法的计算。 

下面，是本发明的雷声定位方法针对十九元十字阵传声器阵列4所获取的雷声数据进行雷声的定位分析。具体实施步骤如图3所示： 

步骤S1：立体阵分步处理：将立体阵分成两个阵列：平面阵列和竖直线阵列。

按照前述的表1给出的传声器的空间坐标信息，将位于同一平面阵列上的传声器X₁-X₁₂获取的雷声信号合为一组，将位于竖直线阵列上的传声器X₁₃-X₁₉获取的雷声信号合为一组，如图4所示。其中，传声器X₁-X₁₂获取的雷声信号用来估计雷声的方位角，传声器X₁₃-X₁₉获取的雷声信号用来估计雷声的俯仰角。  

步骤S2：信号时频域转换：针对平面阵列和竖直线阵列上的雷声信号分别建立宽带阵列信号模型为：步骤S2：信号时频域转换：针对平面阵列和竖直线阵列上的雷声信号分别建立宽带阵列信号模型为：

 

对雷声时域信号进行N点傅里叶变换，并将其改写成矩阵形式便可以得到阵列信号的频域表达式为：

 其中：

为宽带信号在第

个频带上的值。

 

为导向矩阵；

为导向矢量；

为声源的频谱。

步骤S3：获取代价函数：根据宽带信号频域模型确定波束形成算法的代价函数；

步骤S3代价函数的获取过程具体包括：

S301：根据宽带信号频域模型求出信号在某一频带上的协方差矩阵，在快拍数有限时对协方差矩阵进行估计；

S302：根据上述协方差矩阵估计值和阵列的导向矢量，得到该频带上的代价函数；

S303：依次类推能够获得宽带信号在各个频带处的代价函数，将这些代价函数相加就能够得到宽带波束形成算法的代价函数。

根据宽带信号频域模型求出宽带信号在频带k处的协方差矩阵为： 

在快拍数有限时可以用下式对协方差矩阵进行估计

  

根据频带

处的协方差矩阵估计值和阵列的矢量

就能够得到带波束形成算法的代函数为：

               

 步骤S4：角度估计：根据代价函数对空间谱进行全面搜索得到一个原始的角度估计

如果判定当前时刻的结果与其前后时刻的估计结果相差均不大于预先设定的值

，即

如果判定当前时刻的结果与其前后时刻的估计结果（即：其上一时刻或者下一时刻的估计结果）相差大于预先设定的值，即

对当前时刻的空间谱进行局部搜索，将这个局部峰值作为该时刻的角度估计，即

其中   

步骤S5：定位结果获取：通过上述步骤分别对平面阵列和竖直线阵列的雷声信号进行处理得到雷声信号的方位角

和俯仰角

；基于雷声信号和雷电电磁信号的时间差

确定雷声信号的距离

，

   

 

     以上为本发明的较佳实施例，但本发明并不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所提出的技术解决方案下完成的等效或修改方案，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种雷声定位系统，包括探测装置、数据采集模块和数据处理模块，其特征在于，探测装置（1）与数据采集模块（2）配接，数据采集模块（2）与数据处理模块（3）配接，数据采集模块（2）用于实时采集探测装置（1）探测的信号，并对采集的信号进行预处理；数据处理模块（3）用于实现数据的后期处理，数据处理模块（3）用于雷声定位算法的计算；探测装置（1）采用传声器阵列，传声器阵列采用十九元十字型传声器阵列（4），十九元十字型传声器阵列（4）采用了十九个传声器和一个三维十字型立体阵列，十九个传声器装在三维十字型立体阵列上，三维十字型立体阵列由十字型水平坐标轴和一字型垂直坐标轴组成，在三维十字型立体阵列中，十二个传声器对称安装于十字型的水平坐标轴上，每三个传声器分别安装在十字型水平坐标轴上以中心点（即原点）为起始点的一个方向轴上，且安装在同一个方向轴上的各个传声器距离十字型水平坐标轴的中心点的距离是不均等的，另外的七个传声器也是以不等的间距安装于一字型垂直坐标轴上。

2.根据权利要求1 所述的一种雷声定位系统，其特征在于：十九元十字型传声器阵列（4）上的十九个传声器中有一个传声器采用电容式麦克风，该电容式麦克风安装在一字型垂直坐标轴的顶部，电容式麦克风的响应频率为15Hz-20KHz，电容式麦克风能同时探测雷声信号和雷电电磁信号，其余的十八个传声器采用驻极体自由场传声器，驻极体自由场传声器的响应频率为10Hz-5kHz，驻极体自由场传声器用于探测雷声信号。

3.根据权利要求1 所述的一种雷声定位系统，其特征在于：位于同一个方向轴上的传声器以不等间距分布。

4.根据权利要求1 所述的一种雷声定位系统，其特征在于：十九元十字型传声器阵列（4）的十字型水平坐标轴的方向轴的长度为2.1m，安装在同一个方向轴上的传声器分别距离中心点（即原点）0.25m、0.5m、1m；一字型垂直坐标轴的高度为2.086m。

5.根据权利要求1 所述的一种雷声定位系统，其特征在于：数据采集模块（2）共采集十九路原始信号，其中，十八路原始信号仅包含雷声信号，数据采集模块对其进行放大、模数转换、平滑处理以及低通滤波处理的一系列预处理，输出处理后的雷声信号至数据处理模块，另一路信号同时包含雷声信号和雷电电磁信号，数据采集模块（2）也对其进行放大、模数转换、平滑处理以及高通滤波处理的一系列预处理，输出处理后的雷电电磁信号至数据处理模块（3），由数据处理模块（3）对预处理后的信号进行定位分析获得最终的定位结果。

6.一种雷声定位方法，采用探测装置探测雷声信号和雷电电磁信号，对探测获得的雷声信号和雷电电磁信号进行处理，采用雷声定位的算法进行计算，获取雷电发生的位置，其特征在于，雷声定位的算法采用了频域波束形成算法；探测装置（1）采用了十九元十字型传声器阵列（4），通过十九元十字型传声器阵列（4）探测雷声信号和雷电电磁信号，将

十九元十字型传声器阵列（4）探测获得的雷声信号和电磁信号送入数据采集模块，送入数据采集模块（2）中的十九元十字型传声器阵列（4）探测获得的雷声信号和雷电电磁信号经过预处理后从数据采集模块（2）输出至数据处理模块（3），经过预处理后的雷声信号和雷电电磁信号再通过数据处理模块（3）进行处理能够获得最终的定位结果；数据处理模块（3）通过频域波束形成算法对水平方向和垂直方向上的雷声信号进行分步处理，分别确定雷声信号的方位角和俯仰角，再结合声电到达的时间差，确定雷声声源的距离，从而能够实现仅通过单个的探测装置（1）获取精确的雷电发生位置以及通道三维定位结果；包括的步骤是：

步骤S1，立体阵分步处理：将立体阵分成两个阵列：平面阵列和竖直线阵列；平面阵列获取的雷声信号用来估计雷声的方位角，竖直线阵列获取的雷声信号用来估计雷声的俯仰角；

步骤S2，信号的时频域转换：针对平面阵列和竖直线阵列上的雷声信号分别建立宽带阵列信号模型，对雷声时域信号进行傅里叶变换，获得阵列信号的频域表达式以方便下一步分析；

步骤S3，获取代价函数：根据宽带信号频域模型确定波束形成算法的代价函数；

步骤S4，角度估计：根据代价函数对空间谱进行全面搜索得到一个原始的角度估计，再对比前后时刻的估计结果对当前时刻的估计结果进行判定；如果当前时刻的估计结果与其前后时刻的估计结果相差小于预先设定的                                                

值，则认为该时刻的估计结果正确；如果当前时刻的结果与其前后时刻的估计结果大于预先设定的值，则认为该时刻的估计结果有误，则进一步根据前后时刻的估计结果缩小搜索范围，对当前时刻的空间谱进行局部搜索，将这个局部峰值作为该时刻的角度估计，其中

是预设的值，根据经验选取其范围；

步骤S5，定位结果获取：通过上述步骤分别对平面阵列和竖直线阵列的雷声信号进行处理得到雷声信号的方位角和俯仰角；基于雷声信号和雷电电磁信号的时间差确定雷声信号的距离，结合两者能够最终获取雷声声源的位置。

7.根据权利要求6 所述的一种雷声定位方法，其特征在于，所述步骤S3代价函数的获取过程具体包括：

S301：根据宽带信号频域模型求出信号在某一频带上的协方差矩阵，在快拍数有限时对协方差矩阵进行估计；

S302：根据上述协方差矩阵估计值和阵列的导向矢量，得到该频带上的代价函数；

S303：依次类推能够获得宽带信号在各个频带处的代价函数，将这些代价函数相加就能够得到宽带波束形成算法的代价函数。

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