Page 90 - 应用声学2019年第4期

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由式 (13) 可知，经分组时延预处理后协防方差 另外，为了进一步验证本文方法可以降低旁瓣
矩阵信号和噪声能量可表示为 级对弱目标检测的影响，该仿真中采用两个不同强
 w h
1 ∑ 度目标，强弱目标相对线列阵波达方向分别为 90 ◦
 4 2
P Y,S = N · S (w),


◦
 M 和 60 ，强弱目标信号平均谱级比为 30 dB；弱目标

 w=w l

 w h 3
 1 ∑ 2N + N 信号与高斯白噪声谱级比为0 dB。
2
= · V (w) (14)
P Y,V 0 0
M 3 由图 2 显示结果可知，在该仿真条件下，由于

 w=w l

 w h 3
◦
 ∑ TDBF 方法输出空间谱旁瓣级较高，60 方位处的
 1 2N
 2
 ≈ · V (w).
 0
 M 3 弱目标已经不能在空间谱中显示出来；而本文方法
w=w l
◦
由式 (14) 可知，相比分组时延预处理之前的协 所得空间谱可以很好显示出 60 方位处的弱目标，
防方差矩阵，新数据协方差矩阵各位置元素信号 降低了旁瓣级对弱目标检测的影响。
w h
1 ∑ 2
2
含量由原来 (2N − 1) · S (w) 变为现在的 0
M
w=w l -10
w h
1 ∑ -20
N · S (w)，在N ≫ 2 情况下，有效提高了
4
2
M
ࣨए/dB -30
w=w l
协方差矩阵信号含量。 -40
-50
3 数据处理分析 -60
TDBFவข
-70 SGTDBFவข
3.1 数值仿真分析
-80
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
为了验证本文方法可以很好地抵制波束形成 ᝈए/(O)
空间谱泄漏，降低波束形成旁瓣级，下面给出如下 图 2 64 元线列阵波束形成结果 (双目标，谱级差
数值仿真结果，数值仿真中采用64元均匀线列阵作 30 dB)
为接收阵，相邻阵元间距为 4 m。目标信号频率为 Fig. 2 The results of 64-element line array(two
185 Hz，目标相对线列阵波达方向为90 ；在185 Hz targets and 30 dB spectrum level difference)
◦
处，线列阵接收目标信号与噪声谱级比0 dB。
图 3 为强弱目标信号谱级比为 50 dB、弱目标
由图 1 显示结果可知，在非目标方向上，相比
信号与高斯白噪声谱级比为 0 dB 时的波束形成结
TDBF 方法，本文方法输出波束中的信号能量得到
果。对比图 2 和图 3 可知，相比 TDBF 方法，本文方
降低，很好地抵制了空间谱泄漏，波束形成旁瓣级得
法对 60 方位处的弱目标检测能力提高了 20 dB 以
◦
到了 13 dB 以上的改善。数值仿真结果与理论分析
上，提高了时域波束形成在实际应用中的普适性。
相一致。
0
0 TDBFவข
TDBFவข -10 SGTDBFவข
SGTDBFவข
-10 -20
-30
-20 -40
ࣨए/dB -30 ࣨए/dB -50
-60
-40
-70
-50 -80
-90
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
-60
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 ᝈए/(O)
ᝈए/(O)
图 3 64 元线列阵波束形成结果 (双目标，谱级差
图 1 64 元线列阵波束形成结果 (单目标) 50 dB)
Fig. 1 The results of 64-element line array(single Fig. 3 The results of 64-element line array(two
target) targets and 50 dB spectrum level difference)