stråleforming

Stråleforming, eller beamforming, er en samling teknikker til at styre retningen og formen af et signalfelt ved hjælp af et array af sensorer eller antenner. Ved at tildele tidsforskydninger og vægte til signalerne fra hvert element kan energien fokuseres i en ønsket retning og sidelobes dæmpes, hvilket giver forbedret signal-til-støj-forhold og rumlige separationsydelser. Anvendelser findes i trådløs kommunikation, akustik, medicinsk ultralyd, sonar og radar.

Grundlæggende principper: Et N-kanals array opfattes som et inputvektor x(n) med tilhørende vægtvektor w. Udgangen er y(n) = w^H x(n), hvor ^H er den konjugerede transpose. Retningsafbildningen (beam pattern) er B(theta) = w^H a(theta), hvor a(theta) er steeringvektoren, der beskriver fasedifferencerne mellem kanalerne for en plane bølge fra retningen theta. I delay-and-sum-beamforming forskydes hvert kanals signal i tid, så de ankommer samtidig i den ønskede retning og summeres.

Typer og udsigter: Adaptive beamformere som MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) og LCMV korrigerer vægte i realtid ud fra støj- og interferensmiljøet for at minimere udgangsstøj under en fasestasrethed. Der findes også bredbånds beamforming til signaler med længerebånd. Hovedmålene er høj directivity og lav sidelobe-niveau.

Udfordringer og historik: Stråleforming kræver præcis kalibrering af arrayet og kendskab til mutual coupling mellem elementerne. Bevægelse af kilden eller ændringer i miljøet kan reducere ydeevnen. Computationelle krav kan være høje ved store arrays. Teknikken opstod i radarens verden i midten af det 20. århundrede og har siden bredt sig til mange felter inden for kommunikation og imaging.