Page 130 - 应用声学2019年第2期

276 2019 年 3 月

(t)。对各波束依次执行上述步骤，得到 M 路 线阵，加入扰动后阵形畸变。A定义为扰动幅度，以
号 y θ m
(t)]： 下仿真实验中扰动幅度值 A 设置为 10d，扰动函数
预成波束时域输出信号[y θ 1 (t)y θ 2 (t) · · · y θ M
γ(x)表达式为
) . (13)
y θ m (t) = L θ m (t) + R θ I (t − τ θ m
x
( )
通过分子阵做波束形成，再用时延估计方法而非理 γ(x) = A · sin 5 · 2N + 0.3d · rand(x),
论公式计算左右波束的时延差，减小了阵形畸变带 x = [1 : 1 : 2N] . (14)
来的影响。
扰动前后阵形对比示意图如图4所示。
(t), · · · ,
(4) 对 M 路 预 成 波 束 信 号 [y θ 1 (t), y θ 2
, · · · ,
y θ M (t)] 分别累加求能量得到空间谱 [P θ 1 , P θ 2
੸үҒ
]。对空间谱进行时间累积得到方位历程图，算
P θ M ੸үՑ
法流程图如图3所示。
ࢻߕ᫼ Կߕ᫼
x  ↼t↽ x  ↼t↽ ⊲⊲⊲ x N ↼t↽ x N⇁ ↼t↽ x N⇁ ↼t↽ x N ↼t↽

௑۫ࠕࣜฉౌॎੇ ௑۫ࠕࣜฉౌॎੇ

L ↼t↽ L ↼t↽ Ā L ↼t↽ R ↼t↽ R ↼t↽ Ā R ↼t↽
θ  θ  θ M θ  θ  θ M 图 4 阵列扰动前后示意图
Fig. 4 Schematic diagram before and after array
disturbance
తܸᄱТ࢏ೝ฾ తܸᄱТ࢏ೝ฾ తܸᄱТ࢏ೝ฾
௑णτ ௑णτ Ā ௑णτ
θ  θ  θ M 对比加入扰动前后，全阵直接做时域波束形成
ण௑ግҫ ण௑ግҫ ण௑ግҫ
与双子阵之后时延估计做波束形成得到的空间谱，
y ↼t↽ y ↼t↽ Ā y ↼t↽ 如图5、图6所示。
θ  θ  θ M
图5、图6 仿真结果表明，均匀线阵加入扰动前，
රᑟ᧚ රᑟ᧚ Ā රᑟ᧚
常规全阵做波束形成同双子阵估计时延再做波束
Ā
P  P  P M
形成均可以分辨目标 A、B，目标检测信噪比基本一
௑ᫎግሥ४҂வͯԋሮڏ
致。加入扰动后，常规全阵波束形成算法不能有效
分开目标 A、B，而双子阵估计时延的方法依然可以
图 3 双子阵算法流程图
有效检测到目标 A、B，且检测信噪比相对常规全阵
Fig. 3 Flowchart of split matrix algorithm
方法更高。
3 算法验证与分析 5

相对于全阵直接做时域波束形成方法，基于时 ᄬಖA ᄬಖB
0
延估计的双子阵时域波束形成方法减小了阵形畸
ԥߕ᫼
变带来的误差，延时后的各路信号更趋近于同相叠 -5 ࣢᜻Л᫼
加。为验证本文算法的科学性和有效性，下面利用 Ҫဋ/dB
-10
仿真和海试数据对算法进行验证。
3.1 仿真验证与分析 -15
仿真阵列为均匀线阵，阵元数目 2N 为 512 个， 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
阵间距 d 为 2.4 m，采样频率为 5000 Hz，目标源信 வͯ/(O)
号 A 和 B 均为海上实录的商船信号，信号处理频段 图 5 扰动前空间谱对比图
为20 Hz∼ 350 Hz，其中目标 A设置在舷角 97 ，目 Fig. 5 Comparison of spatial spectrum before dis-
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标B设置在舷角 100 。线阵正常工作状态下应为直 turbance
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