NO335737B1 - Antennegruppesystem med høy oppløsningsevne og høy bildekvalitet - Google Patents

Abstract

En overførings-/mottaksgruppekombinasjon med høy oppløsningsevne hvori bidragsyterne til bildekvalitet fra den signalavhengige støyen, som bestemt av den maksimale sideloberaten (PSLR) og den integrerte sideloberaten (ISLR) er kontrollert i overveiende grad uavhengig av bredden av hovedloben. Den mottakende antennegruppen er utgjort av et antall av diskrete elementer, nominelt ved halvt bølgelengdeintervall. Mottaksgruppen er vektet til å hjelpe til i kontrollen av PSLR og ISLR. Overføringsgruppen er utgjort av en spredt antennegruppe av diskrete elementer (mer enn to). Overføringsgruppen er lengre enn mottaksgruppen. Overføringsgruppen kan bli vektet til å hjelpe til i kontrollen av PSLR og ISLR.

Description

Antennegruppesystem med høy oppløsningsevne og høy bildekvalitet

Bakgrunn for oppfinnelsen

1. Oppfinnelsens felt

Denne oppfinnelsen angår et system av antennegrupper eller antenner som skal brukes i aktive avbildningssystemer med høy oppløsningsevne og med høy bildekvalitet.

Hovedkravet til slike systemer er å oppnå bilder av den høyeste kvaliteten, der bildekvalitet blir målt som en kombinasjon av tre nøkkelelementer, der det første er oppløsnings evnen (som bestemt av vinkeloppløsningen), og der det andre og tredje er bidragsyterne til bildekvalitet fra den signalavhengige støyen, som bestemt av den maksimale sideloberaten («Peak Side Lobe Ratio», PSLR) og den integrerte sideloberaten («Integrated Side Lobe Ratio», ISLR).

Når punktaktige mål skal avbildes, kontrollerer PSLR-en graden som et punkt i bildet umiddelbart nærliggende til hovedloben, men utenfor hovedloben (som definert av vinkeloppløsningen), vil være til hinder for det ønskede punktet som skal bli avbildet inne i hovedloben. Når distribuerte mål skal avbildes, slik som havbunnen eller jordens overflate, tilveiebringer ISLR-en et mål på den uønskede andelen av hovedlobeenergien som kommer fra de integrerte bidragene til alle målene fra alle de utvidede sidelobene utover vinkelbredden til hovedloben. Både PSLR og ISLR kan bli kontrollert ved å ta i bruk vektingsfunksjoner på sender- og mottakergrupper, men resultatet er en uunngåelig økning i vinkelbredden til hovedloben. En full behandling er gitt i [Barton, D.K. og Ward, H.R., "Handbook of Radar Measurements", Prentice Hall, Eaglewood Cliffs, N.J.

1969.]

Tradisjonelt har ytelsen til multistråleavbildning med hensyn på bildekvalitet vært dårligere enn den av enkeltstråleavbildningssystemer; for en gitt antennegruppelengde eller antennelengde er PSLR-en og ISLR-en høyere og vinkeloppløsningen er dårligere. I en enkeltstråleavbildningssonar er vinkeloppløsningen bestemt av produktet av overførings- og mottaksstrålene. Dermed vil en 20 bølgelengder lang transduser produsere en mottaksstråle med en vinkeloppløsning på omtrent 1/20 radian. Selvfølgelig, dersom den samme transduseren blir brukt til å sende og motta, så er det effektive strålingsmønsteret produktet av overførings- og mottaksstrålingsmønstrene. Resultatet er at enkeltstrålesonaren med en 20 bølgelengdes transduser vil produsere en vinkeloppløsning signifikant bedre enn 1/20-dels radian. Et konvensjonelt multistråle-avbildningssystem med en bred overføringsstråle tilveiebringer ikke noen ytterligere retningsvirkning fra senderen, og vil dermed, fra en 20 bølgelengdes mottagende transduser, produsere et bilde med en vinkeloppløsning for hovedloben omkring 1,4 ganger videre enn vinkeloppløsningen for hovedloben for enkeltstrålesystemet.

Den maksimale sideloberaten har også en kraftig effekt på bildekvaliteten. I en uvektet antennegruppe er den maksimale sideloben -13,2 db ned fra hovedloben. I en enkeltstråle-avbildningssonar der den uvektede transmittergruppen og den uvektede mottakergruppen er den samme lengden og blir brukt på en monostatisk måte, blir overføringsnuansteret og mottaksmønsteret multiplisert, og den resulterende to-veis maksimale sideloberaten (PSLR) er -26,4 dB; en svært respektabel sidelobe. Et konvensjonelt multistråle-avbildningssystem med en bred overføringsstråle og en uvektet mottakergruppe tilveiebringer ingen ytterligere sidelobedemping gjennom to-veisproduktet, og vil dermed produsere et bilde med en PSLR på -13,2 dB, signifikant høyere enn PSLR-en til enkeltstråle-avbildningssystemet.

Den integrerte sideloberaten har også en kraftig effekt på bildekvaliteten. Et konvensjonelt multistråle-avbildnings system med en bred overføringsstråle og en uvektet mottakergruppe tilveiebringer ingen ytterligere sidelobedemping gjennom to-veisproduktet, og vil dermed produsere en ISLR som er signifikant høyere enn ISLR-en til enkeltstråle-avbildningssystemet.

2. Beskrivelse av tidligere kjent teknikk

I US4,234,939 etablerte Grall at det er mulig å øke oppløsningsevnen til en antennegruppe. Han begrenset oppfinnelsen til det tilfellet der overførings- og mottakergruppene i det vesentligste har den samme lengden, og overføringsgruppen innbefattet kun to elementer, der de første og andre overførende elementene er plassert ved ekstremitetene av den nevnte overføringsgruppen. Grall kalte denne anordningen av to overførende transdusere en "overføring av den interferometriske typen". Grall etablerte også at ved bruk av frekvensdelt multipleksing var nevnte antennegruppe med overføring av den interferometriske typen i stand til å generere to mønstre, der det andre av disse har maksima innskutt i minimaene av det første. Resultatet av dette var et avbildningssystem som oppnådde en oppløsning på 0,44 A/L, heller enn oppløsningen på 0,88 A/L som ble oppnådd uten overføringen av den interferometriske typen.

I US4,234,939 gjorde ikke Grall noen krav med hensyn på sidelobenivåene; hverken maksimale sidelobenivåer (PSLR) eller integrerte sidelobenivåer (ISLR).

I US4,510,586 krevde Grall et al. et liknende system, men fjernet denne gangen restriksjonen at de første og andre overførende elementene måtte bli plassert ved ekstremitetene av overføringsgruppen. Grall et al. krevde imidlertid fortsatt at antennegruppesystemet innbefattet en overføringsgruppe med to elementer, og en mottaksgruppe som var lengre enn overføringsgruppen. I US4,510,586 bemerket Grall et al. at oppfinnelsen tillot at intervallet mellom de to overførende transduserne kunne bli redusert, og at mottakstransduser-signalene kunne bli vektet, noe som dermed tilveiebragte høy vinkeloppløsning og lave sekundære lobenivåer.

Hovedulempen med den tidligere kjente teknikken beskrevet i US4,510,586 Grall et al. er legemliggjort i Figur 5 av US4,510,586 Grall et al. I denne figuren er sidelobenivåene redusert på bekostning av å øke bredden av hovedloben, og er dermed skadelig for den høye oppløsningsevnen.

Et annet eksempel på den tidligere kjente teknikken er vist i US 5,101,383. Dette patentet bruker hovedsakelig en frekvensskannet antennegruppe, der de to sekundære gitterlobene er styrt ved å forandre frekvensen, og de to sekundære lobene er separert med to mottakere som dekker atskilte sektorer.

US2004/0047236 angår syntetisk apertur-sonar, og spesielt en interferometrisk operasjonsmodus som later til å være i noen grad lik som splittet stråleprosessering for å forbedre peilingsestimering. Det andre kravet angår å bruke to antennegrupper for å hjelpe til med selvkalibrering.

Oppsummering av oppfinnelsen

Denne oppfinnelsen angår et antennegruppesystem til å projisere og detektere reflekterte bølger, slik som sonarbølger, med høy oppløsningsevne, som innbefatter en overførende antennegruppe og en mottakende antennegruppe, der den mottakende antennegruppen er dannet av et mangfold av transdusere plassert langs dens lengde LR, og der den overførende antennegruppen er dannet av et mangfold av overførende transdusere plassert langs dens lengde Lr, der Lj erkarakterisert vedå være lengre enn Lr. Både den overførende antennegruppen og den mottakende antennegruppen er koblet til faseforskyvnings- og amplitudevektingsinnretninger, der nevnte innretninger er i stand til å bli forandret enten under overføringen av en puls, eller fra én puls til den neste. Transmitteren som driver den overførende antennegruppen er i stand til å forandre pulsformen (med hensyn på amplitude og tidsvarierende frekvens eller fase) over tid inne i pulsen, eller fra én puls til den neste.

Oppfinnelsen muliggjør spesifikt optimaliseringen av bildekvalitet gjennom kontrollen av PSLR-en og ISLR-en uten å forringe vinkeloppløsningen, ved å bruke en spredt transmittergruppe og en mottakergruppe med spesifikke eksiteringer og vekting. Dette oppnås med et system som fremlagt ovenfor som erkarakterisertsom spesifisert i det uavhengige kravet.

Dermed er en overførings gruppe- og sendegruppekombinasjon oppnådd med høy oppløsningsevne hvori bidragsyterne til bildekvalitet fra den signalavhengige støyen, som bestemt av den maksimale sideloberaten (PSLR) og den integrerte sideloberaten (ISLR) er kontrollert i overveiende grad uavhengig av bredden av hovedloben. Den mottakende antennegruppen er utgjort av et antall av diskrete elementer, nominelt ved halvt bølgelengdeintervall, og kan bli vektet til å hjelpe til i kontrollen av PSLR og ISLR. Overføringsgruppen er utgjort av en spredt antennegruppe av diskrete elementer

(mer enn to) og er lengre enn mottaksgruppen. Overføringsgruppen kan også bli vektet til å hjelpe til i kontrollen av PSLR og ISLR.

Ved et veloverveid valg av intervallet mellom mangfoldet av overførende transdusere, som vil bli forklart i mer detalj senere, og ved å variere vektingsfunksjonen som er tatt i bruk på den overførende antennegruppen så vel som vektingsfunksjonen som er tatt i bruk på den mottakende antennegruppen, kan nøkkelparameterne for bildekvalitet for det sammensatte overførings- og mottaksstrålemønsteret, det vil si strålebredden til hovedloben som bestemmer den høye oppløsningen, holdes nominelt konstant mens den maksimale sideloberaten og den integrerte sideloberaten kan bli uavhengig kontrollert uten noen forringelse av strålebredden til hovedloben. To eksempler tas i betraktning for å vise forholdet mellom elementintervall og vekting av både den overførende antennegruppen og den mottakende antennegruppen.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet i mer detalj nedenunder med henvisning til de medfølgende tegningene, som illustrerer oppfinnelsen som eksempler.

Figur 1 illustrerer transmitter- og mottakergruppene.

Figur 2 illustrerer strålingsmønstrene i henhold til en første utførelsesform av

oppfinnelsen.

Figur 3 illustrerer strålingsmønstrene i henhold til en andre utførelsesform av

oppfinnelsen.

Figur 4 illustrerer kvalitetsparameterne i henhold til den andre utførelsesformen av

oppfinnelsen.

I den første eksempeltjenende utførelsesformen er både den overførende antennegruppen og den mottakende antennegruppen uvektet. Dette eksempelet er valgt for å illustrere det første elementet av oppfinnelsen, at høyere bildekvalitet (somkarakterisert vedvinkeloppløsning, den maksimale sideloberaten (PSLR) og den integrerte sideloberaten (ISLR)) kan bli oppnådd der Lrerkarakterisert vedå være lengre enn Lr.

I den andre eksempeltjenende utførelsesformen, er en kortere overførende antennegruppe og den mottakende antennegruppen vektet. Dette eksempelet er valgt for å illustrere at enda høyere bildekvalitet (somkarakterisert vedvinkeloppløsning, den maksimale sideloberaten (PSLR) og den integrerte sideloberaten (ISLR)) kan bli oppnådd der Lrogså erkarakterisert vedå være lengre enn Lrog der den overførende antennegruppen og den mottakende antennegruppen er vektet.

I det første eksempelet på en utførelsesform, ta i betraktning en transduser (antennegruppe) -geometri som er et spesifikt tilfelle av den generelle geometrien, i dette tilfellet en overførende antennegruppe av 6 elementer som vist i Figur 1, der den øvre raden av elementer 1 utgjør transmittergruppen med en lengde Lrog den nedre raden av elementer 2 er mottakergruppen som har en lengde Lr. I denne utførelsesformen, la den overførende antennegruppen ha 6 elementer jevnt distribuert over en lengde Lr= 0,2090 m og den mottakende antennegruppen ha 64 elementer jevnt distribuert over en lengde Lr= 0,1114 m. Den overførende antennegruppen er lengre enn den mottakende antennegruppen. Begge antennegruppene i denne første eksempeltj enende utførelsesformen er uvektet, som betyr at transduserne i transmittergruppen har den samme signalstyrken og transduserne i mottakergruppen har den samme følsomheten.

I Figur 2 ser man at mottaksstrålen har en standard sinc-funksjonsform, typisk for en uvektet antennegruppe. Man ser at overføringsstrålen har en repeterende form, der den første overførings loben dukker opp ved 0,0698 radianer. I denne eksempeltj enende utførelsesformen har den første sideloben av mottaksstrålen blitt plassert nesten sammenfallende med det tredje minimumet i det repeterende overføringsstrålemønsteret som dukker opp ved 0,0343 radianer. Lengden LR= 0,1114 m er determinanten for plasseringen av denne første sideloben av mottaksstrålen. Produktet av mottaksstrålen og overføringsstrålen er inntegnet i Figur 2, og det kan ses at den første sideloben av mottaksmønsteret (opprinnelig den maksimale sideloben, med en PSLR på -13,26 dB) har blitt dempet av minimaene i overføringsstrålen, og har blitt redusert til to lober, der den største av disse er omtrent -29 dB. Den andre sideloben på mottaksstrålen er også dempet med noen få dB, mens andre sidelober også er dempet, i noen tilfeller med mer enn 10 dB. Dette vil de integrerte bidragene av alle målene fra alle de utvidede sidelobene utover vinkelbredden til hovedloben bli dempet og ISLR-en vil forbedres.

I denne første eksempeltjenende utførelsesformen har PSLR-en blitt forbedret fra -13,26 dB til -19,21 dB, mens ISLR-en har blitt forbedret fra -22,31 dB til -28,92 dB. På samme tid har bredden av hovedloben smalnet fra 1,05<0>til 0,54 °. Dermed har denne første eksempeltjenende utførelsesformen, muligens den enkleste utførelsesformen av oppfinnelsen, resultert i høyere oppløsningsevne på grunn av den reduserte vinkelbredden av hovedloben så vel som høyere bildekvalitet, som bestemt av den reduserte PSLR-en og den reduserte ISLR-en. Denne økte bildekvaliteten har blitt oppnådd til prisen av 5 ytterligere transmittere og deres tilhørende drivere.

Nytten av oppfinnelsen er godt demonstrert av denne eksempeltjenende utførelsesformen. For å oppnå liknende resultater med en konvensjonell bred transmitter og en vektet mottaker ville det kreve en mottaker på mer enn to eller tre ganger lengden (og dermed med mer enn to eller tre ganger antallet av elementer, 128 eller 192 ekstra kanaler), og med svært sterk vekting på mottakeren. De ekstra mottaksgruppe-elementene er svært kostbare, i likhet med mottakskanalene og utregningskraften som kreves for å prosessere dem. Oppfinnelsen muliggjør at alle nøkkeldeterminantene for bildekvalitet kan bli signifikant forbedret ved det enkle tillegget av fem transmitterelementer som er illustrert i figur 1.

Tillegget av de fem ekstra transmitterelementene, med det valgte intervallet i eksempeltjenende utførelsesform 1, har muliggjort at transmittermønsteret kan bli formet til de repeterende lobene, og har spesielt tillatt den første sideloben av mottakeren å bli plassert sammenfallende med et valgt minimum av transmitteren. Kostnaden av å legge til fem transmitterelementer og de tilhørende driverne er signifikant mindre enn kostnaden av å legge til 64 eller 128 mottakerkanaler og deres tilhørende mottakere.

Der er klart i denne eksempeltjenende utførelsesformen at det er uavbildede hull mellom de repeterende lobene av det overførte strålemønsteret. Disse hullene må bli fylt inn for å lage et fullstendig bilde, og det er to alternative fremgangsmåter for å gjennomføre dette. I den første fremgangsmåten kan transmitteren bli konfigurert til å overføre et mangfold av pulser etter hverandre, der faseforholdet mellom overføringselementer forandrer seg fra én overføring til den neste slik at mangfoldet av overførte pulser etter hverandre fyller inn hullene i rekkefølge. Etter hvert som hvert nye overførings-strålingsmønster blir generert danner mottakeren stråler som er elektronisk styrt til å sammenfalle med maksimaene av de tilhørende strålingsmønstrene til transmitterne. I den andre fremgangsmåten kan transmitteren kun overføre én gang, men den overførte pulsen kan bli segmentert opp i et mangfold av ikke-overlappende underhånd, eller et mangfold av underpulser med lav krysskorrelasjon. I den andre fremgangsmåten for å fylle inn hullene blir hullene fylt inn med en enkelt puls, ved å filtrere underbåndene for å separere dem inn i det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene, eller ved korrelasjonsprosessering av underbåndene for å separere dem inn i det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene.

Mens den første eksempeltjenende utførelsesformen tydelig demonstrerer at PSLR-en og ISLR-en har blitt signifikant forbedret, og bredden av hovedloben har blitt signifikant smalnet, har ikke den eksempeltjenende utførelsesformen inkorporert alle karakteristikkene av oppfinnelsen.

I en andre eksempeltjenende utførelsesform, ta i betraktning en transduser (antennegruppe) -geometri som igjen er et spesifikt tilfelle av den generelle geometrien. I denne utførelsesformen, la den overførende antennegruppen ha 4 elementer, og den mottakende antennegruppen ha 64 elementer.

I denne utførelsesformen, la den overførende antennegruppen ha 4 elementer jevnt distribuert over en lengde LT = 0,1254 m og den mottakende antennegruppen ha 64 elementer jevnt distribuert over en lengde Lr= 0,0975 m. Den overførende antennegruppen er igjen lengre enn den mottakende antennegruppen. I kontrast til den første utførelsesformen, er begge antennegruppene i denne andre eksempeltjenende utførelsesformen vektet.

Resultatene er vist i Figur 3.1 denne eksempeltjenende utførelsesformen er overføringsgruppen signifikant lengre enn mottaksgruppen, og den overførende antennegruppen har blitt vektet for å redusere sidelobene til transmitteren, som kan ses å være omtrent -18 dB. Vektingen av transmittergruppen har blitt valgt til å være 0,6,1,1, 0,6; de sentrale to elementene overfører et enhetssignal, mens de ytre to elementene overfører 60 % av det signalet.

I denne eksempeltjenende utførelsesformen har mottakergruppen også blitt signifikant vektet; med en Kaiser-Bessel-vektingsfunksjon, en tilnærmet verdi til det prolat-sfæriske vinduet, som raten av hovedlobeenergien til sidelobeenergien blir maksimert for. For et Kaiser-vindu av en spesiell lengde, kontrollerer parameteren 6 høyden av sideloben. [Referanse: James F. Kaiser og Ronald W. Schafer, On the Use of the Io-Sinh Window for Spectrum Analysis, IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-28, No. 1, Februar 1980, s. 105-107.]

I denne eksempeltjenende utførelsesformen blir Kaiser-Bessel-parameteren satt til beta = 2,6. Konsekvensene av denne signifikante vektingen av mottakergruppen er at PSLR-en til mottaksgruppen er omtrent -26 dB, på bekostning av en signifikant bredgjøring av hovedloben til mottakeren. På grunn av det faktum at den overførende antennegruppen er signifikant lengre enn den mottakende antennegruppen, er hovedlobebredden til det sammensatte strålingsmønsteret dannet ved multiplikasjonen av mottakergruppemønsteret med overføringsgruppemønsteret imidlertid nesten fullstendig bestemt av overføringsgruppemønsteret.

Denne andre eksempeltjenende utførelsesformen demonstrerer nøkkelkravene til denne oppfinnelsen; evnen til kostnadseffektivt å kontrollere PSLR-en og ISLR-en uten å forringe oppløsningen.

Nøkkelkravene til denne oppfinnelsen er videre demonstrert når Kaiser-Bessel-vektingen på mottakergruppen blir variert, for videre å demonstrere kravet at strålevinkelbredden til hovedloben kan bli holdt konstant mens PSLR-en og ISLR blir variert ved å forandre Kaiser-Bessel-vektingsparameteren beta.

Figur 4 viser nøkkelparameterne for bildekvalitet, PSLR, ISLR og strålebredde for den andre eksempeltjenende utførelsesformen. På den venstre aksen er PSLR-en og ISLR-en i dB. På den høyre aksen er strålebredden i grader. På den horisontale aksen er "beta"-parameteren av Kaiser-Bessel (KB)-vektingsfunksjonen som har blitt brukt for denne andre eksempeltjenende utførelsesformen vist. Alle bildekvalitetparametere er inntegnet som funksjoner av «beta»-parameteren av Kaiser-Bessel-vektingsfunksjonen. I denne andre eksempeltjenende utførelsesformen har vektingen av transmittergruppen blitt vilkårlig fiksert på 0,6, 1,1, 0,6.

Åpenbart kan PSLR-en bli minimert for en KB-betaparameter på 2,4. Imidlertid kan PSLR-en bli holdt nesten konstant, mens ISLR-en blir drevet under -40 dB, ved å øke KB-betaparameteren.

Når den andre eksempeltjenende utførelsesformen blir sammenlignet med bildekvalitetsparameterne til en enkeltstrålesonar, utledet ved å modellere enkeltstråle-avbildningssystemet som uvektede overførende og mottakende antennegrupper av lik lengde (en typisk utførelsesform av et enkeltstråle-avbildningssystem), og der denne like lengden på sin side er lik lengden av den mottakende antennegruppen, lengden Lr= Lr= 0,0975 m, indikerer resultatene at bildekvaliteten av et multistråle-avbildningssystem kan gjøres til å nærme seg den av et enkeltstråle-avbildningssystem.

Parameterne for bildekvalitet i enkeltstråle-avbildningssystemet er utledet ved å multiplisere overførings- og mottaksmønstrene. Som notert av Grall (4,234,939) blir strålebredden til produktet redusert; i dette enkeltstråleeksempelet er strålebredden redusert til 0,85 °. PSLR-en blir ganske enkelt beregnet som to ganger PSLR-en av den mottakende antennegruppen av enkeltstråle-avbildningssystemet; -26,54 dB. ISLR-en av den mottakende antennegruppen av enkeltstråle-avbildningssystemet blir beregnet ved å integrere alle sidelober utenfor hovedloben, til å få -39,77 dB.

Ved å studere Figur 4 som viser nøkkelparameterne for bildekvalitet, PSLR, ISLR og strålebredde for den andre eksempeltjenende utførelsesformen, kan man se at strålebredden til hovedloben forholder seg konstant på 0,9 °, mens PSLR-en når et minimum på -28,12 dB for en Kaiser-Bessel-betaparameter på 2,6, og ISLR-en kan bli redusert til -41,0 dB for en Kaiser-Bessel-betaparameter på 3,4.

Dermed, som nevnt tidligere, ved et veloverveid valg av intervallet mellom mangfoldet av overførende transdusere, og ved å variere vektingsfunksjonen som er tatt i bruk på den overførende antennegruppen så vel som vektingsfunksjonen som er tatt i bruk på den mottakende antennegruppen, kan nøkkelparameterne for bildekvalitet av det sammensatte overførings- og mottaksstrålemønsteret, det vil si strålebredden til hovedloben som bestemmer den høye oppløsningen, bli holdt nominelt konstant mens den maksimale sideloberaten og den integrerte sideloberaten kan bli uavhengig kontrollert uten noen forringelse av strålebredden til hovedloben, og resultatene bekrefter at bildekvaliteten av et multistråle-avbildningssystem kan gjøres til å nærme seg den av et enkeltstråle-avbildningssystem.

Valget av intervallet mellom mangfoldet av overførende transdusere, og valget av vektingsfunksjonen som er tatt i bruk på den overførende antennegruppen så vel som valget av vektingsfunksjonen som er tatt i bruk på den mottakende antennegruppen kan bli gjennomført på en mangfoldighet av måter; den enkleste fremgangsmåten er utdypet i detalj. Det har blitt etablert i de eksempeltjenende utførelsesformene ovenfor at strålebredden til hovedloben primært er bestemt av lengden Lrav den overførende antennegruppen. Dermed, når strålebredden til hovedloben er spesifisert er lengden Lrav den overførende antennegruppen fiksert.

Den andre spesifikasjonen som trenger å bli etablert er det maksimale antallet av avbildninger som kreves for å fylle inn hullene mellom maksimaene til den overførende antennegruppen; enten disse hullene er fylt med etterfølgende styrte transmitterpulser eller med et mangfold av ikke-overlappende styrte transmitterpulser implementert som underhånd inne i en enkelt puls, eller et mangfold av styrte transmitterpulser implementert som underpulser med lav krysskorrelasjon; der hullene blir fylt i for hvert genererte nye overførings-strålingsmønster av mottakeren som danner stråler som er elektronisk styrt til å sammenfalle med maksimaene av de tilhørende strålingsmønstrene til transmitterne. Restriksjonene på det maksimale antallet av etterfølgende pulser er etablert av den oppdateringsraten for fullstendig bilde som kreves. Restriksjonene på antallet av underbånd eller underpulser er etablert av den totale overføringspulstiden og tilgjengelig båndbredde. Når det maksimale antallet av avbildninger som kreves er fiksert, blir vinkelintervallet mellom de repeterende transmittergruppelobene etablert, slik at intervallet er produktet av strålebredden til hovedloben og det maksimale antallet av avbildninger som kreves.

Når vinkelintervallet mellom de repeterende transmittergruppelobene har blitt etablert, blir lengden LT av den overførende antennegruppen deretter befolket med en spredt antennegruppe av elementer, med elementintervallet spesifisert som raten av bølgelengden til vinkelintervallet mellom de repeterende transmittergruppelobene, slik at intervallet er produktet av strålebredden til hovedloben og det maksimale antallet av avbildninger som kreves. Den fysiske konfigurasjonen til transmittergruppen er dermed bestemt.

Den fysiske konfigurasjonen til mottakergruppen er at elementene blir anbragt med en avstand slik at gittersidelober ikke blir dannet inne i den samlede avbildningssektoren (noe som typisk krever et halvt bølgelengdeintervall). Den samlede lengden Lrav mottaksgruppen blir så valgt for å plassere den første sideloben av mottaksmønsteret nær en null i transmittergruppemønsteret.

Vektingene som skal bli tatt i bruk på transmittergruppen og mottakergruppen kan deretter bli bestemt ved å bygge en enkel modell av de to antennegruppene, og manuelt variere vektingsparameterne, eller alternativt kan en kostnadsfunksjon bli etablert fra de tre bildekvalitetsparameterne (Strålebredde for hovedloben, PSLR og ISLR), og en optimaliseringsrutine kan bli kjørt for å finne egnede verdier for vektingene som skal bli tatt i bruk på transmittergruppen og mottakergruppen.

Claims (9)

1. Et system av antennegrupper eller antenner for å generere og detektere bølger, slik som sonarbølger, med høy bildekvalitet,karakterisert vedat den omfatter en transmittergruppe som er dannet av et mangfold av overførende transdusere plassert langs dens lengde Lr, og en mottakergruppe som er dannet av transdusere plassert langs dens lengde LR, der Lrerkarakterisert vedå være lengre enn LR, der systemet også inkluderer drivere som er koblet til nevnte overførende transdusere og et mangfold av mottakere koblet til nevnte mottakende transdusere, der nevnte drivere og mottakere er koblet til en kontrollenhet tilpasset til å kontrollere transmitter- og mottakerstrålene for slik å kunne ha overlappende maksima i en valgt lobe og ikke-overlappende side-lober for slik å kunne undertrykke informasjonen mottatt utenfor nevnte valgte lobe.

2. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, hvori nevnte drivere koblet til nevnte overførende transdusere er i stand til å drive signaler, i stand til å forandre pulsamplituden (for antennegruppevekting) og pulsformen (med hensyn på amplitude og tidsvarierende frekvens eller fase) over tid, inne i pulsen, eller fra én puls til den neste.

3. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, hvori nevnte mottakere koblet til nevnte mottakende transdusere er i stand til å forandre det mottakende elementets fase og amplitude fra én puls til den neste.

4. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, som innbefatter et elektronisk stråledannende system koblet til utgangene av nevnte mottakere, utstyrt med prosesseringsinnretninger som prosesserer signaler fra utgangene av nevnte mottakere inn i stråler, hvori hele det mottatte signalet fra hver overføring blir prosessert inn i én del av et bilde, eller hvori det mottatte signalet blir prosessert ved å filtrere underbåndene for å separere dem til det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene, eller ved korrelasjonsprosessering av underbåndene for å separere dem til det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene.

5. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, hvori nevnte transmittere er faset til å produsere maksima i rekkefølge fra puls til puls hvori transmitteren er konfigurert til å overføre et mangfold av pulser etter hverandre, der faseforholdet mellom overføringselementene forandrer seg fra én overføring til den neste, slik at transmitteren fyller inn hullene i rekkefølge, hvori for hvert nye genererte overførings-strålingsmønster danner mottakeren stråler som er elektronisk styrt til å sammenfalle med maksimaene av de tilhørende strålingsmønstrene til transmitterne.

6. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, hvori nevnte transmittere er faset til å produsere maksima inne i pulsen hvori faseforholdet mellom overføringselementene forandrer seg fra pulssegment til pulssegment inne i pulsen, slik at transmitteren fyller inn hullene i rekkefølge inne i en enkelt puls, der den overførte pulsen blir segmentert opp i et mangfold av ortogonale underhånd, hvori for hvert genererte overførings-strålingsrnønster danner mottakeren stråler som er elektronisk styrt til å sammenfalle med maksimaene av de tilhørende strålingsrnønstrene til transmitterne ved å filtrere underbåndene for å separere dem til det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene.

7. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, hvori nevnte transmittere er faset til å produsere maksima inne i pulsen hvori faseforholdet mellom overføringselementene forandrer seg fra pulssegment til pulssegment inne i pulsen, slik at transmitteren fyller inn hullene i rekkefølge inne i en enkelt puls, der den overførte pulsen blir segmentert opp i et mangfold av underpulser med lav krysskorrelasjon, hvori for hvert genererte overførings-strålingsrnønster danner mottakeren stråler som er elektronisk styrt til å sammenfalle med maksimaene av de tilhørende strålingsmønstrene til transmitterne ved å match-filtrere underpulsene med lav krysskorrelasjon for å separere dem til det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene.

8. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, hvori nevnte transmittere er faset til å produsere maksima inne i pulsen hvori faseforholdet mellom overføringselementene er konstant inne i pulsen, der den overførte pulsen er en superponering av ortogonale pulser, slik at transmitteren fyller inn hullene i rekkefølge inne i en enkelt puls hvori for hvert genererte overførings-strålingsrnønster danner mottakeren stråler som er elektronisk styrt til å sammenfalle med maksimaene av de tilhørende strålingsmønstrene til transmitterne ved å match-filtrere de ortogonale pulsene for å separere dem til det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene.

9. Et antennegruppesystem i henhold til krav 1, hvori nevnte transmittere er faset til å produsere maksima inne i pulsen hvori faseforholdet mellom overføringselementene er konstant inne i pulsen, der den overførte pulsen er en superponering av pulser med lav krysskorrelasjon, slik at transmitteren fyller inn hullene i rekkefølge inne i en enkelt puls hvori for hvert genererte overførings-strålingsrnønster danner mottakeren stråler som er elektronisk styrt til å sammenfalle med maksimaene av de tilhørende strålingsmønstrene til transmitterne ved å match-filtrere pulsene med lav krysskorrelasjon for å separere dem til det nødvendige antallet, og å danne mottaksstrålene i de korresponderende retningene.