La formación de haces o filtrado espacial es una técnica de procesamiento de señales utilizada en conjuntos de sensores para la transmisión o recepción de señales direccionales. [1] Esto se logra mediante la combinación de elementos en un conjunto de antenas de tal manera que las señales en ángulos particulares experimentan interferencia constructiva mientras que otras experimentan interferencia destructiva. La formación de haces se puede utilizar tanto en el extremo de transmisión como en el de recepción para lograr la selectividad espacial. La mejora en comparación con la recepción/transmisión omnidireccional se conoce como la directividad de la matriz.
La formación de haces se puede utilizar para ondas de radio o de sonido . Ha encontrado numerosas aplicaciones en radar , sonar , sismología , comunicaciones inalámbricas, radioastronomía , acústica y biomedicina . La formación de haces adaptable se utiliza para detectar y estimar la señal de interés en la salida de una matriz de sensores por medio de filtrado espacial óptimo (por ejemplo, mínimos cuadrados) y rechazo de interferencias.
Para cambiar la direccionalidad de la matriz al transmitir, un formador de haz controla la fase y la amplitud relativa de la señal en cada transmisor, para crear un patrón de interferencia constructiva y destructiva en el frente de onda. Al recibir, la información de diferentes sensores se combina de manera que se observa preferentemente el patrón de radiación esperado.
Por ejemplo, en el sonar , para enviar un pulso agudo de sonido submarino hacia un barco en la distancia, la simple transmisión simultánea de ese pulso agudo desde cada proyector de sonar en una matriz falla porque el barco escuchará primero el pulso del altavoz que resulta ser más cercano al barco, luego pulsos de parlantes que están más lejos del barco. La técnica de formación de haz consiste en enviar el pulso de cada proyector en momentos ligeramente diferentes (el proyector más cercano a la nave es el último), de modo que cada pulso golpea la nave exactamente al mismo tiempo, produciendo el efecto de un solo pulso fuerte de un solo proyector potente. . La misma técnica se puede llevar a cabo en el aire utilizando altavoces , o en radar/radio utilizando antenas ..
En el sonar pasivo y en la recepción del sonar activo, la técnica de formación de haces consiste en combinar señales retrasadas de cada hidrófono en momentos ligeramente diferentes (el hidrófono más cercano al objetivo se combinará después del retraso más largo), de modo que cada señal llegue a la salida exactamente en al mismo tiempo, haciendo una señal fuerte, como si la señal viniera de un solo hidrófono muy sensible. La formación de haces de recepción también se puede utilizar con micrófonos o antenas de radar.
Con los sistemas de banda estrecha, el retardo de tiempo es equivalente a un "desplazamiento de fase", por lo que en este caso el conjunto de antenas, cada una desplazada en una cantidad ligeramente diferente, se denomina conjunto en fase . Un sistema de banda estrecha, típico de los radares , es aquel en el que el ancho de banda es solo una pequeña fracción de la frecuencia central. Con los sistemas de banda ancha, esta aproximación ya no se mantiene, lo cual es típico en los sonares.