基于移相相減的雙線陣左右舷分辨方法*

袁靜珍

（韓山師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，廣東 潮州 521041）

0 引言

拖線陣聲納在實(shí)際應(yīng)用中，常存在目標(biāo)左右舷分辨問(wèn)題，為解決此問(wèn)題，搭載平臺(tái)需要改變機(jī)動(dòng)方向，以打破拖線陣聲納直線處理中的固有對(duì)稱性，但這種改變機(jī)動(dòng)方向所需的時(shí)間較長(zhǎng)，容易丟失目標(biāo)［1-2］。對(duì)此，科研工作者提出利用雙線陣、三元組水聽器陣、矢量傳感器陣實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)左右舷分辨。在雙線陣實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)左右舷分辨時(shí)，常采用的方法為特征頻率法、時(shí)延差法、噪聲模型法、幾何相移模型法等，并在多個(gè)方面探討了雙線陣陣形畸變時(shí)對(duì)目標(biāo)左右舷分辨的影響［3-6］。

特征頻率法［7］針對(duì)常規(guī)波束形成法在頻帶選取上沒(méi)有考慮雙線陣左右舷抑制增益問(wèn)題而提出的左右舷分辨方法，存在處理系統(tǒng)帶寬和接收信噪比矛盾問(wèn)題；時(shí)延差法［8-9］是通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)單線陣波束信號(hào)時(shí)延差來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)左右舷分辨，當(dāng)各自參考陣元位置發(fā)生錯(cuò)位時(shí)，會(huì)造成左右舷分辨結(jié)果發(fā)生嚴(yán)重跳變，且在某些頻點(diǎn)和角度上無(wú)法分辨目標(biāo)左右舷；噪聲模型法［10-11］是基于最優(yōu)波束形成器推導(dǎo)方法求出最佳濾波系數(shù)，使左右相應(yīng)兩個(gè)水聽器具有心形指向性，需要計(jì)算不同頻率的最優(yōu)波束加權(quán)系數(shù)，并且需要對(duì)不同頻率的信號(hào)分量進(jìn)行加權(quán)，計(jì)算量較大；幾何相移模型法（相移相加法）［12-15］通過(guò)對(duì)雙線陣中左右相應(yīng)的兩個(gè)水聽器接收數(shù)據(jù)進(jìn)行相移相加，使其具有心形指向性，該方法所具有的最大左右舷分辨增益和最理想的心形指向性與陣間距有關(guān)，在雙線陣的間距較小時(shí)，目標(biāo)左右舷分辨效果較差。

為了增強(qiáng)相移相加法分辨左右舷目標(biāo)的魯棒性，本文利用移相相減技術(shù)對(duì)左、右線列陣進(jìn)行處理，降低了雙線陣分辨目標(biāo)左右舷對(duì)左、右線列陣間距要求（該方法本文稱為移相相減法）。為了直觀評(píng)估本文方法的有效性，本文在相應(yīng)理論分析中給出了相應(yīng)的數(shù)值仿真說(shuō)明。理論推導(dǎo)分析和數(shù)值仿真結(jié)果均驗(yàn)證了在雙線陣的左、右線列陣間距較小時(shí)，本文方法具有很好的左右舷抑制比，擴(kuò)大了相移相加法的適用范圍。

1 相移相加法

圖1 雙線陣各陣元位置及接收目標(biāo)信號(hào)示意圖

為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)左右舷分辨，接下來(lái)闡述相移相加處理所得心形指向性方法。

為了能夠更好地表示左右舷抑制比，對(duì)式（2）作進(jìn)一步處理，得

此時(shí)，目標(biāo)方向θ 處的波束形成響應(yīng)與可能被誤判為目標(biāo)方向-θ 處的波束形成響應(yīng)之比為：

2 移相相減法

同樣，為了能夠更好地表示左右舷抑制比，對(duì)式（5）作進(jìn)一步處理，得

此時(shí)，目標(biāo)方向θ 處的波束形成響應(yīng)與可能被誤判為目標(biāo)方向-θ 處的波束形成響應(yīng)之比為：

圖2 雙線陣歸一化指向性圖（D=/4）

圖3 雙線陣歸一化指向性圖（D=/8）

圖4 雙線陣歸一化指向性圖（D=/16）

圖5 左右舷抑制比（D=/8，θ=90°）

由圖2～圖4 可知，相比相移相加法，無(wú)論左、右線列陣之間間距D 值是多少，移相相減法所得歸一化指向性圖具有很好的一致性，有效降低了分辨左右舷目標(biāo)對(duì)左、右線列陣之間間距要求，擴(kuò)大了同一雙線陣對(duì)處理頻率的適用范圍。同樣由圖5 可知，在線陣之間間距為D=/8，相移相加法在目標(biāo)方位為θ=90°時(shí)，其波束形成結(jié)果已無(wú)法滿足指標(biāo)要求，而本文所述移相相減法同樣能夠滿足雙線陣在實(shí)際使用中的需要，該結(jié)果與式（4）、式（7）分析結(jié)果一致。

3 數(shù)據(jù)處理分析

由圖6～圖8 可知，在該仿真條件下，相移相加法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)1、2 的左右舷分辨，而本文所述的移相相減法可以很好地對(duì)目標(biāo)1、2 實(shí)現(xiàn)左右舷分辨，該仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文方法的正確性。

4 結(jié)論

圖6 雙線陣波束圖

圖7 移相相減法所得方位歷程圖

圖8 相移相加法所得方位歷程圖