CN104242871A - 一种基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法及系统，所述方法包含：使用不同孔径的子阵列嵌套而成的传感器阵列接收全频带信号；使用每个子频带所对应的长短阵列信号进行该子频带上的恒定束宽的处理，得到各子频带内的恒定束宽的波束形成信号，子频带为将原始信号整个的频带划分得到的；其中，所述的恒定束宽处理包含：将最高频率对应的子频带除外的其余各子频带依这些子频带各自对应的最高频率进行某一倍率的降采样处理；对得到的每个子频带的恒定束宽的波束形成信号进行与降采样相同倍率的升采样处理；合成升采样处理后的各个子频带输出的恒定束宽的波束形成信号，从而得到整个处理带宽上波束宽度恒定的波束形成信号。

Description

一种基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法及系统

技术领域

本发明涉及阵列信号处理领域，具体涉及一种基于嵌套阵的多倍程恒等束宽波束形成方法及系统。

背景技术

现有技术采用具有一定空间分布尺度的传感器阵列接收信号能够获取空间处理增益，从而提高接收信号的信噪比。但是传感器阵列的使用也带来一些问题，例如：如果信号频带较宽时，使用固定间距和尺度的传感器阵列进行常规波束形成不能保证在整个频带上波束宽度恒定，这会引起宽带信号的频域失真，因此如何设计宽带恒定束宽波束形成算法的问题就成为亟待解决的技术问题。

目前，现有技术的恒定束宽波束形成算法可以在频域或时域实现。

频域实现方法为：在傅里叶变换后将信号在频域上划分为若干个子频带，对不同的子频带使用窄带方法进行波束形成，最后将各子频带的波束输出相加，得到宽频带上的波束输出。由于上述频域处理方法基于数据块，而数据块的划分割裂了时域信号的连续性，因此这种频域实现方法不能给出连续保真的时域波形，所以对于一些诸如测试测量等要求较高的信号处理领域使用基于时域的处理方法更为合适。

时域实现方法有如下两种思路：

第一种思路，是把宽带信号划分为若干子频带，针对每个子频带的中心频率设计滤波器，这样可以保证在子频带的中心频率处波束恒定，其它频率处存在误差。若要减小误差，就需要将频带不断细分。从这种思路延伸，发展出对多频点设计波束与期望波束之间的误差进行最优化设计分析的问题。这种处理算法的缺点是要么需要忍受在非中心频率处的误差，要么需要将频带进行足够的细分，后者无疑会明显增加信号处理的计算量。

第二种思路，是对不同的子频带使用不同孔径的子阵列组合进行处理，每个子频带上都分别进行恒定束宽的控制，最后合成各个子频带从而实现整个宽带上波束的恒定。这种算法实现比较复杂，阵列结构也相对复杂，但其控制精度较好，物理意义明确。本发明是针对第二种思路发展出的一种快速算法，因此下面对现有技术的第二种设计思路予以详细说明。

图1给出了一个倍频程带宽内的嵌套阵恒定束宽波束形成示意图，其中短子阵的阵元间距为d，长子阵的阵元间距为2d，长子阵的几何长度是短子阵的两倍。从图1中知，有些阵元是共用的，此即嵌套阵的涵义所在。对于图1所示的嵌套阵，子阵（正横方向上接收）的方向性函数为：

$D(\mathrm{\θ},f)=\frac{1+2\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n\cos \left({\mathrm{nkd}}_j\cos \mathrm{\θ}\right)}{1+2\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n}=\frac{1+2\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n\cos (n2\mathrm{\πf}{d}_j\cos \mathrm{\θ}/c_0)}{1+2\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n}---\left(3.1\right)$

其中，c₀是所测量物理场的传播速度，b_n为阵元加权值，对于短子阵d_j＝d，对于长子阵d_j＝2d，并且这里假设N＝4。按照“半波长间距”的要求，两个子阵波束形成的设计中心频率相差一倍。对于给定子阵的方向性函数是频率的函数，不同的频率波束形成输出不同，主瓣和旁瓣特性也有所变化，当显著偏离设计中心频率时还会出现副主瓣。长子阵补偿滤波器（低通）的传输函数为R₁(f)，对应的方向性为D₁(θ,f)；短子阵补偿滤波器（高通）的传输函数为R₂(f)，对应的方向性为D₂(θ,f)，这样两个补偿滤波器之后的输出相加得到整个的方向性为

D(θ,f)＝R₁(f)D₁(θ,f)+R₂(f)D₂(θ,f)   (3.2)

补偿滤波器的作用是为了克服半波长间距以外频带上的副主瓣泄漏、补偿不同频率的波束形成差异，这样就实现了一个倍频程上的恒定束宽波束形成。

如果有多个倍频程（子频带），可以仿照上述过程在每个倍频程内分别实现，最后组合各个倍频程得到。对于M个倍频程的宽度，可以用“M+1”个嵌套阵组合实现，其中每个倍频程的形成原理同上。通过低、高通滤波器补偿和相加后的信号再经过带通滤波器，第m个带通滤波器只允许第m个倍频程频段内的信号通过，然后把M个带通滤波器输出信号相加，则为整个频段范围内的基阵恒定束宽波束形成输出信号。

在实际的工程实现中，阵列信号处理是在模拟信号数字化之后，需要使用数字滤波器。如果直接使用无限冲击响应（IIR）滤波器，虽然设计简单、滤波器阶数低、计算速度快的优势，但是在通带内相位不能保持线性，因此会导致滤波后的信号失真。所以，必须选用具有线性相位特性的有限冲击响应（FIR）滤波器。为了达到同样的滤波效果，FIR滤波器的阶数会高出很多，因此对处理系统的计算能力是一个挑战。

上述多倍程应用中宽带恒等束宽处理的核心是滤波器算法，因此计算量大小由各种滤波器算法的效率决定。现有技术的多倍频程恒等束宽处理算法从滤波算法的角度如图2-a所示。这个算法在较低频率的倍频程上需要使用阶数极高的FIR滤波器才能实现（具体分析如下公式中做了阐述）。以带通滤波器为例，相对于信号带宽来说，在越低的倍频程上，通带的宽度相对越窄，要在越来越窄的通带上保证良好的滤波效果，就必须要使用高阶的滤波器，其计算量几乎是呈几何级数增长。研究者总结出一些关于滤波器阶数的经验公式，以FIR低通滤波器设计为例，对于通带较宽的滤波器，阶数估计公式为：

$N\≈\frac{-20\log \left({\mathrm{\δ}}_p\right)+5.94}{27({\mathrm{\ω}}_s-{\mathrm{\ω}}_p)/2\mathrm{\π}},---\left(3.3\right)$

对于通带适中的滤波器，阶数估计公式为：

$N\≈\frac{-20\log \left(\sqrt{{\mathrm{\δ}}_p{\mathrm{\δ}}_s}\right)-13}{14.6({\mathrm{\ω}}_s-{\mathrm{\ω}}_p)/2\mathrm{\π}},---\left(3.4\right)$

对于通带较窄的滤波器，阶数估计公式为：

$N\≈\frac{-20\log \left({\mathrm{\δ}}_s\right)+0.22}{({\mathrm{\ω}}_s-{\mathrm{\ω}}_p)/2\mathrm{\π}},---\left(3.5\right)$

上述各式中，ω_s：阻带截止频率；ω_p：通带截止频率；δ_s：阻带纹波；δ_p：通带纹波。

通过以上公式可知：随着倍频程降低(ω_s-ω_p)会呈几何指数减小，从而滤波器阶数会呈几何指数增加。模拟试验表明，对于一个由8个子阵构成的嵌套阵列，为了达到滤波器的品质要求，8子阵中最低倍频程需要的滤波器阶数要在4000阶以上，这样的运算量不能被工程使用接受。直接将这个算法原理用数字算法实现，还有另外一个问题，各倍频程的滤波器系数完全不同，需要对每一个倍频程进行滤波器设计，尤其考虑到在频带衔接处需要进行的处理，这也是一个不小的设计工作量。

根据以上描述可知在现有技术的多倍频程的应用中，上述原型算法非常复杂且计算量巨大。因此，上述算法的实际应用，往往受到计算资源的约束。

发明内容

本发明的目在于，为了克服上述问题，本发明提供一种基于嵌套阵的多倍程恒等波束宽波束形成方法及系统。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法，所述方法包含：

步骤101）使用不同孔径的子阵列嵌套而成的传感器阵列接收全频带信号；

步骤102）使用每个子频带所对应的长短阵列信号进行该子频带上的恒定束宽的处理，得到各子频带内的恒定束宽的波束形成信号，子频带为将原始信号整个的频带划分得到的；

其中，所述的恒定束宽处理包含：

将最高频率对应的子频带除外的其余各子频带依这些子频带各自对应的最高频率进行某一倍率的降采样处理，且降采样倍率的具体取值为：最高频率所在子频带的上限频率与各子频带的上限频率的比值；

步骤103）对得到的每个子频带的恒定束宽的波束形成信号进行与降采样相同倍率的升采样处理；

步骤104）合成升采样处理后的各个子频带输出的恒定束宽的波束形成信号，从而得到整个处理带宽上波束宽度恒定的波束形成信号。

上述步骤103）的升采样采用级联升采样，即采用某一设定阶数升采样级联的方式实现相应倍数的升采样处理。

上述步骤103）的升采样为：将所述若干子频带进行从大到小的排序，将较低频率的子频带经过带通滤波之后，经过一级2倍升采样之后，就将信号加入相邻的较高频率的子频带，两个子频带合并后的信号经过一级2倍升采样之后，再加入下一个更高频率的子频带，如此递进完成各子阵的升采样处理。

上述步骤102）所述的恒定束宽处理进一步包含：

步骤102-1）依据最高频率对应子频带的上限频率与各子频带的上限频率的比值确定各子频带的降采样倍数；

步骤102-2）根据得到的降采样倍数，分别对各子频带对应的长阵和短阵输出的信号进行相应倍数的降采样处理；其中，对于被两个相邻的子频带共用的子阵会对应两个不同的降采样倍数值；

步骤102-3）将各子频带降采样处理后的长阵和短阵信号分别经过高通滤波器和低通滤波器处理，然后合成信号，并经过对应该子频带的带通滤波器后得到各子频带上具有恒定束宽性质的波束形成信号。

上述的降采样为级联降采样，即采用某一设定阶数降采样级联的方式实现相应倍数的降采样处理。

上述某一设定阶数的具体取值为2。

为了实现上述方法，本发明还提供了一种基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成系统，所述系统包含：

接收阵列，使用不同孔径的子阵列嵌套而成的传感器阵列接收全频带信号，各子阵列的孔径遵循某一固定的倍率关系；

降采样模块，用于将时延补偿后的各子频带的信号进行降采样处理，且所述降采样处理的具体倍数为：最高频率子频带的上限频率与各个子频带的上限频率的比值；

第一处理模块，用于对降采样处理后的信号进行高低通滤波、求和和带通滤波，得到各子频带的具有恒定束宽性质的波束形成信号；

升采样模块，用于对带通滤波后的信号进行升采样处理；和

第二求和模块，用于将升采样处理后的各子频带信号求和，得到整个处理带宽上具有恒等束宽特性的波束形成信号。

上述升采样处理为：将较低频率的子频带信号经过带通滤波之后，经过一级升采样之后，就将信号加入相邻的较高频率的子频带，两个子频带合并后的信号经过一级升采样之后，再加入下一个更高频率的子频带，如此递进完成各子频带信号的升采样处理。

上述降采样模块进一步包含：

降采样倍数处理子模块，用于依据最高频率子频带的上限频率与各个子频带的上限频率的比值确定各子频带的降采样倍数；和

降采样处理子模块，用于根据得到的降采样倍数，分别对各子频带的长阵和短阵输出的信号进行相应倍数的降采样处理。

上述的降采样处理子模块能够采用降采样级联的方式实现相应倍数的降采样处理。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

本发明针对现有技术的滤波器的原型算法提出了一系列改进，在保证处理精度的前提下，最终大大降低了算法的计算量。总之，本发明的方案相对于基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成的原型算法，本发明在算法结构上的特征如下：对不同频带的子阵信号进行相应的等比例降采样，以保证不同频带滤波器上相对的频点位置和通带宽度不变，从而使得所有频带都可以使用相同的、较低阶数的数字滤波器进行处理。这既降低了运算量，简化了滤波器的设计，又保证了滤波器的品质。以2倍关系的嵌套阵为例，用2阶升降采样级联的方式替代图高倍率直接升降采样。低频段信号经过带通滤波之后，不直接进行多级的2倍升采样，在仅经过一级2倍升采样之后，就可以将信号加入相邻的高频段，两个倍频程合并后的信号经过一级2倍升采样之后，再加入下一个倍频程，如此递进。相对于基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成的原型算法，该快速算法优势体现在：在保证阵列信号处理精度的前提下，计算量下降了大约两个数量级；各倍频程重复使用的滤波器，降低了滤波器设计的工作量。

总之，采用了本发明提供的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法及系统能够使各个子频带共用完全相同的低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器（即滤波器的阶数和系数不因子频带发生变化），因此采用本发明的技术方案有效降低了滤波器的设计工作。

附图说明

图1为现有技术的一个子阵的带宽内的恒定束宽波束形成算法示意图；

图2-a为现有技术的恒定束宽波束形成算法包含的滤波算法的流程示意图（以2倍关系的嵌套阵、7倍频程带宽为例）；该图中的各符号的含义为：LPx，第x倍频程（子频带）的低通滤波器；HPx，第x倍频程（子频带）的高通滤波器；BPx，第x倍频程（子频带）的带通滤波器；

图2-b为现有技术的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法的流程框图；

图3为本发明提供的低频段降采样的算法原理图（以2倍关系的嵌套阵、7倍频程带宽为例）；该图中的各符号的含义为：LP,低通滤波器；HP，高通滤波器；BP，带通滤波器；Usx，x倍升采样；DSx，x倍降采样；

图4为本发明提供的改进型的低频段降采样的算法原理图（以2倍关系的嵌套阵、7倍频程带宽为例）；该图中的各符号的含义为：LP,低通滤波器；HP，高通滤波器；BP，带通滤波器；Us2，2倍升采样；DS2，2倍降采样；

图5-a为本发明提供的又一改进型的低频段降采样的算法原理图（以2倍关系的嵌套阵、7倍频程带宽为例）；该图中的各符号的含义为：LP,低通滤波器；HP，高通滤波器；BP，带通滤波器；Us2，2倍升采样；DS2，2倍降采样；

图5-b为本发明提供的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

本发明对低频段子阵信号进行降采样处理，以2倍关系的嵌套阵、7个倍频程带宽为例。

如图3所示，该图中1号子阵为第一倍频程（频率最低的子频带）的长子阵（对应该子频带的频率下限），2号子阵为第一倍频程的短子阵（对应该子频带的频率上限）；2号子阵同时又是第二倍频程的长子阵，3号子阵为第二倍频程的短子阵；依此类推，7号子阵是第七倍频程（频率最高的子频带）的长子阵，8号子阵为第七倍频程的短子阵。本发明实施例提供的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法核心步骤如下：

步骤1，降采样处理：

系统的最高采样率通常取决于系统处理原始信号频带的上限，尺度最短的子阵刚好对应这个频带上限（如图3中的8号子阵对应该上限）。最高频率子频带所使用的阵列信号（图3中的7号子阵、8号子阵）通常不需要进行降采样处理。其余子频带中的子阵（如图3中第一倍频程的1号子阵、2号子阵，直到第六倍频程的6号子阵、7号子阵）依其所在的子频带的最高频率进行一定倍数的降采样。其中，各子频带子阵所采用的降采样的具体的倍数，取决于该子频带最高频率与系统最高频率（即最短子阵所对应频率）的比例关系。例如，当某子频带的最高频率是系统最高频率的1/n，那么，该子阵信号降采样的倍数即为n。如图3，对于按照2倍波长关系进行嵌套的阵列来说，如果处理7个倍频程的带宽，除频率最高的一个子频带不需要进行降采样外，其余各子频带依次需要进行2倍（对应图中第六倍频程）、4倍（对应图中第五倍频程）、8倍（对应图中第四倍频程）、16倍（对应图中第三倍频程）、32倍（对应图中第二倍频程）、64倍（对应图中第一倍频程）降采样。

步骤2，滤波求和处理：

将降采样处理后的长子阵信号进行高通滤波，短子阵信号进行低通滤波，将滤波输出求和后进行对应该子频带带宽的带通滤波，从而得到该子频带或者说该倍频程上具有恒定束宽特性的波束形成信号。

步骤3，升采样处理：

在最后将各子频带信号合成整个处理带宽上的输出信号之前，对各子频带恒定束宽的波束形成信号进行相应倍数的升采样，以恢复到最高频子频带所对应的采样率。

步骤4，合成升采样处理后的各个子频带输出的恒定束宽的波束形成信号，从而得到整个处理带宽上波束宽度恒定的波束形成信号。

由上述关系可见，虽然本例是2倍关系的嵌套阵，7个倍频程带宽为例。但该处理思想并不限于此种特殊的嵌套关系。若以其它倍率嵌套，只需将相应的升降采样进行相应调整即可。通过对不同频带的子阵信号进行相应的等比例降采样，能够保证不同频带滤波器上相对的频点位置和通带宽度不变，从而使得所有频带都使用相同的、较低阶数的数字滤波器进行处理，这既降低了运算量，简化了滤波器的设计，又保证了滤波器的品质。

实施例2

该实施例进一步优化实施例1的技术手段，具体为：由于实施例1的算法中采用频繁使用高倍数的降采样和升采样处理，所以升降采样成为主要的运算量。但是对于降采样和升采样算法的核心均是低通滤波器，因为低通滤波器的系数会随着升降采样的倍数线性增长，这会导致在低频段仍然面临很大的运算量，尤其在计算资源有限又有实时性处理需求的应用中，有必要研究更加高效的处理算法。为此，本发明进一步对算法进行如图4所示的改进，即，本发明进一步用2阶升降采样级联的方式替代图3中的高倍率直接升降采样。以降64倍采样的抗镜像低通滤波器为例，原来需要1280阶滤波器实现，其乘法计算量是1280×fs，改用6阶降2倍的40阶低通滤波器可以实现相近的滤波品质，但其总乘法计算量下降为：

$40\×(1+\frac{1}{2}+\frac{1}{4}++\frac{1}{8}+\frac{1}{16}+\frac{1}{32})\×\mathrm{fs}=78.75\×\mathrm{fs},$

可见算法改进后，耗时最多的乘法计算量下降了一个数量级以上。可以证明，2倍升降采样级联的方式是最优的级联方式，具体证明如下：

关于升降采样滤波器最佳升降采样步长的证明

假设，

待处理数据点数：DL

降采样目标倍数：DS≥2

降采样步长：X∈[2,DS]（小于2的分数倍降采样，要通过先升采样然后降采样实现，运算量更大，因此不予考虑。）

则为实现降采样目标倍数，需要使用降采样级数：

由降采样中的抗混叠滤波器性质，知滤波器长度正比于降采样倍数，设正比例系数为A，则使用X倍降采样需要AX阶滤波器。

使用N级X倍降采样所需要进行的乘法运算量可以表示为，

$M=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[A\·X\·\mathrm{DL}/\left(2^{n/1}\right)]$

将N代入上式，可得，

M＝A·DL·[2-2^1-lnDS/lnX]

乘法运算量对X求导数，

M'＝A·DL·[2-2^1-lnDS/lnX(1+lnDS·ln2·ln^-2x)]

显然，

${\underset{X\→\mathrm{DS}}{M}}^{\′}=A\·\mathrm{DL}\·(1-\ln 2/\ln \mathrm{DS}),$

即只要满足DS≥2，则有

${\underset{X\→\mathrm{DS}}{M}}^{\′}\≥0$

乘法运算量对X求二阶导数，

M''＝-A·DL·2^1-lnDS/lnX·ln2·lnDS·X^-1·ln^-2X(1+lnDS·ln2·ln^-2X+2ln^-1X)

显然，即只要满足DS≥2且X≥2，则有

M''＜0，

也就是说M'在X∈[2,DS]区间内是单调减函数，考虑已经证明的事实则有，M'≥0在X∈[2,DS]区间内成立。

所以，选择2倍降采样级联的算法，可以取得最小的运算量。

实施例3

该实施例进一步优化实施例1或实施例2的技术手段，具体为：本发明借鉴多抽样率数字信号处理中的树形算法结构进一步降低运算量。具体改进为：低频段信号经过带通滤波之后，可以不直接进行多级的2倍升采样，在仅经过一级2倍升采样之后，就可以将信号加入相邻的高频段，两个倍频程合并后的信号经过一级2倍升采样之后，再加入下一个倍频程，如此递进，如图5-a所示。经计算，进一步优化后的算法将升采样的运算量减少到图4计算量的19.7%。

总之，经过对现有算法进行上述改进，大大降低了多倍频程嵌套阵列恒等波束形成算法的计算量，使得多倍频程的宽带恒定束宽波束形成处理在通用硬件平台上的实时实现成为可能，具有显著的应用价值。

此外，上述实施例1中的技术手段还可以与实施例3中的技术手段结合形成完整的技术方案（即采用降采样和树形级联升采样相结合），或者将实施例1、实施例2和实施例3的内容相结合形成又一个完整的技术方案（即同时采用级联降采样和树形级联升采样相结合）。

将实施例1、实施例2和实施例3的技术手段同时采用的完整的技术方案的流程图如图5-b所示。

相对于原型算法，本发明在算法结构上的特征如下：对不同频带的子阵信号进行相应的等比例降采样，以保证不同频带滤波器上相对的频点位置和通带宽度不变，从而使得所有频带都可以使用相同的、较低阶数的数字滤波器进行处理。这既降低了运算量，简化了滤波器的设计，又保证了滤波器的品质。用2阶升降采样级联的方式替代高倍率直接升降采样。低频段信号经过带通滤波之后，不直接进行多级的2倍升采样，在仅经过一级2倍升采样之后，就可以将信号加入相邻的高频段，两个倍频程合并后的信号经过一级2倍升采样之后，再加入下一个倍频程，如此递进。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法，所述方法包含：

步骤101）使用不同孔径的子阵列嵌套而成的传感器阵列接收全频带信号；

步骤102）使用每个子频带所对应的长短阵列信号进行该子频带上的恒定束宽的处理，得到各子频带内的恒定束宽的波束形成信号，子频带为将原始信号整个的频带划分得到的；

其中，所述的恒定束宽处理包含：

将最高频率对应的子频带除外的其余各子频带依这些子频带各自对应的最高频率进行某一倍率的降采样处理，且降采样倍率的具体取值为：最高频率所在子频带的上限频率与各子频带的上限频率的比值；

步骤103）对得到的每个子频带的恒定束宽的波束形成信号进行与降采样相同倍率的升采样处理；

步骤104）合成升采样处理后的各个子频带输出的恒定束宽的波束形成信号，从而得到整个处理带宽上波束宽度恒定的波束形成信号。

2.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法，其特征在于，所述步骤103）的升采样采用级联升采样，即采用某一设定阶数升采样级联的方式实现相应倍数的升采样处理。

3.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法，其特征在于，所述步骤103）的升采样为：将所述若干子频带进行从大到小的排序，将较低频率的子频带经过带通滤波之后，经过一级2倍升采样之后，就将信号加入相邻的较高频率的子频带，两个子频带合并后的信号经过一级2倍升采样之后，再加入下一个更高频率的子频带，如此递进完成各子阵的升采样处理。

4.根据权利要求1所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法，其特征在于，步骤102）所述的恒定束宽处理进一步包含：

步骤102-1）依据最高频率对应子频带的上限频率与各子频带的上限频率的比值确定各子频带的降采样倍数；

步骤102-2）根据得到的降采样倍数，分别对各子频带对应的长阵和短阵输出的信号进行相应倍数的降采样处理；其中，对于被两个相邻的子频带共用的子阵会对应两个不同的降采样倍数值；

步骤102-3）将各子频带降采样处理后的长阵和短阵信号分别经过高通滤波器和低通滤波器处理，然后合成信号，并经过对应该子频带的带通滤波器后得到各子频带上具有恒定束宽性质的波束形成信号。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法，其特征在于，所述的降采样为级联降采样，即采用某一设定阶数降采样级联的方式实现相应倍数的降采样处理。

6.根据权利要求5所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成方法，其特征在于，所述某一设定阶数的具体取值为2。

7.一种基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成系统，所述系统包含：

接收阵列，使用不同孔径的子阵列嵌套而成的传感器阵列接收全频带信号，各子阵列的孔径遵循某一固定的倍率关系；

降采样模块，用于将时延补偿后的各子频带的信号进行降采样处理，且所述降采样处理的具体倍数为：最高频率子频带的上限频率与各个子频带的上限频率的比值；

第一处理模块，用于对降采样处理后的信号进行高低通滤波、求和和带通滤波，得到各子频带的具有恒定束宽性质的波束形成信号；

升采样模块，用于对带通滤波后的信号进行升采样处理；和

第二求和模块，用于将升采样处理后的各子频带信号求和，得到整个处理带宽上具有恒等束宽特性的波束形成信号。

8.根据权利要求7所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成系统，其特征在于，所述升采样处理为：将较低频率的子频带信号经过带通滤波之后，经过一级升采样之后，就将信号加入相邻的较高频率的子频带，两个子频带合并后的信号经过一级升采样之后，再加入下一个更高频率的子频带，如此递进完成各子频带信号的升采样处理。

9.根据权利要求7所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成系统，其特征在于，所述降采样模块进一步包含：

降采样倍数处理子模块，用于依据最高频率子频带的上限频率与各个子频带的上限频率的比值确定各子频带的降采样倍数；和

降采样处理子模块，用于根据得到的降采样倍数，分别对各子频带的长阵和短阵输出的信号进行相应倍数的降采样处理。

10.根据权利要求9所述的基于嵌套阵的多倍频程恒等束宽波束形成系统，其特征在于，所述的降采样处理子模块能够采用降采样级联的方式实现相应倍数的降采样处理。