Что такое BeamForming или лучеформирование

Что такое BeamForming или на русском, что такое бимформер? Наверняка этот вопрос задают многие пользователи рускоязычной части интернета. Но по поисковой фразе 'бимформер' открывается топ интернет-страниц по умформеру, а по поисковой фразе 'лучеформирователь' топ сайтов с начальным словом 'лучше'. Отсюда вывод - на русском языке в сети нет полезной информации по бимформеру.

Данный пост это попытка представить на русском языке общую начальную информацию по поводу общеизвестной методики формирования диаграммы направленности антенны которая на английском звучит как BeamForming. Или в переводе на русский 'лучеформирование'. При освещении данной темы попробуем сориентироваться на гидроакустику и представим, что у нас имеется гидроакустическая антенна-линейка из восьми равномерно расположенных датчиков. Попробуем с помощью такой антенны сформировать луч или сделать бимформер.

Таже представим, что фронт сигнала на антенну приходит под углом 'тета'. Расстояние между элементами антенны равно d. Какие действия нужно произвести с сигналами с каждого элемента антенны чтобы сформировать луч в направлении прихода фронта волны? Сам-собой напрашивается вариант с задержкой сигналов с каждого последующего элемента антенны исключая первый и их суммирование примерно так как показано на картинке ниже. При этом величина задержки сигнала между двумя соседними элементами будет определяться как d*sin ('тета').

Результирующий сигнал можно расчитать по формуле представленной на картинке ниже

Все. Эти простейшие преобразования с сигналами поступившими на 8 элементов антенны в сумме дадут луч повернутый в сторону фронта волны пришедшей на антенну. При этом возникает законный вопрос. Что делать если фронт акустической волны прийдет с другого направления, например противоположного? Ясный пень сформировать луч в этом направлении, для чего опять просуммировать сигналы с восьми элементов антенны вводя соответствующие задержки исключая восьмой. Это и есть базовый принцип построения бимформера или лучеформирователя. Основываясь на нем и развивая его в плане математики можно строить различного рода многолучевые гидроакустические ситемы, многолучевые гидролокаторы, звуковизоры и др. Для затравки, можно обратить внимание на коэффициенты задержки e (в степени...) и каким боком они похожи на поворачивающие множители БПФ. Продолжение следует.