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《基于二阶锥的扩展式矢量阵宽带恒定束宽稳健性设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、基于二阶锥的扩展式矢量阵宽带恒定束宽稳健性设计2011年4月第29卷第2期西北工业大学JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityApr.2011V01.29No.2基于二阶锥的扩展式矢量阵宽带恒定束宽稳健性设计邱宏安,郭兵勇,尚娟,王永亮(西北工业大学航海学院,陕西西安710072)摘要:提出基于二阶锥的低频八臂扩展式矢量阵宽带恒定束宽波束形成设计方法.利用矢量传感器组合特点,采用二阶锥方法设计满足稳健性要求的低旁瓣期望波束,然后利用二阶锥设计满足期望波束的宽带恒定束宽波束.较好地解决了波束稳健性,低旁瓣和恒定束宽问题,仿真分析表明,对于基
2、阵位置误差,该宽带波束形成器具备了稳健性,低旁瓣和宽带恒定束宽等特性.关键词:波束形成,矢量传感器阵,声纳,最优化,宽带恒定束宽,稳健性中图分类号:TN912.202文献标识码:A文章编号:1000-2758(2011)02-0239-06随着水下潜艇隐身技术的突破性进展和水声对抗的发展,使得未来航空声纳的探测环境日趋恶化.传统航空声纳使用的声压水听器及基阵,由于存在许多无法克服的问题,制约了其进一步发展.而矢量水听器的出现,为航空声纳的基阵设计提供了新的思路,即利用矢量水听器设计小型高性能声纳基阵.又由于考虑到宽带系统具备了携带信息量大,其回波信号能够携带有目标更多的信息特征,便于目
3、标识别和加强对抗能力等,因此,本文以矢量阵的宽带恒定束宽波束形成为研究对象,采用凸优化理论对在阵列流形误差情况下的宽带恒定束宽波束形成设计的稳健性问题进行研究.对波束形成的优化设计,宽带恒定束宽以及宽带稳健性波束优化设计的研究,已出现了不少方法¨.其中,以鄢社峰等将二阶锥(Second?OrderConeprogramming)方法应用于声压阵的波束优化设计尤为突出J,并取得了一定的成效.然而,将二阶锥规划方法用于矢量阵的波束优化设计,特别是稳健的矢量阵宽带恒定束宽波束设计,从查阅到文献上看尚未出现.为此,本文结合矢量水听器的特点,给出一种采用二阶锥规化方法,实现对八臂扩展式矢量阵的稳
4、健性设计.1八臂扩展式矢量水听器阵列结构及数学模型的建立图l为根据航空声纳特点设计出的一种八臂扩展式矢量阵展开结构示意图,其中(1为传输电缆,2为水密接头,3为导杆,4为支撑滑块,5为限位挡a)正视图b)顶视图图1八臂扩展矢量阵结构示意图收稿日期:2010-04-08作者简介:邱宏安(1965一),西北工业大学副教授,主要从事信息信号处理等方面的研究.?240?西北工业大学第29卷块,6为支撑杆,7为扩展臂,8为接收矢量水听器,9为连接线,10为配重块),其矢量水听器阵元数N=l6,阵元间距为d.假设如图1所示的这Ⅳ个矢量水听器在空间的位置矢量分别为r,n:l,2,…,Ⅳ,将矢量水听器
5、所在平面的中心点作为参考原点,并设该点接收信号为s(t),则第n个矢量水听器接收到的信号相对于s()的时间延迟为.r:一H?In/c一(rxsinOsin4,+FyncosOsin++rznCOS4,)=一C式中,lI是从矢量水听器阵的参考原点指向声源的单位矢量,为其与轴的夹角,0为其在y平面上的投影与),轴的夹角.这时有第n个矢量水听器阵元的输出可以写为)二=s(t一.r)+n(t)+n(t)=hp(t一+[:;】+..nPin(,t,),](2,式中,npan(f)和,l(t)分别是第n个矢量水听器中声压传感器和速度传感器测量的相干干扰,n咖(t)和,l(t)分别是第rg个矢量水听
6、器中声压传感器和速度传感器测量的各向同性干扰,Y(t)=[Y(t)y(f)Y(t)]表示矢量水听器的三个速度分量,h=[1,lI]=[1sinOsin4,cos0sin4,cos4,]To若在基阵远场同时有D个信号源,每一个信号源相对于矢量水听器阵列的入射方位为(0,咖),k=1,…,D,则第个矢量水听器接收信号是这D个信号源发射信号的迭加,于是有(t)=∑口hw(t)+na(t)+ni(￡)(3)式中,(t),,l.(t)与n(t)为4M×1维声压一速度测量值,测量的相干干扰噪声矢量,和测量的各向同性干扰噪声矢量,式中表示Kronecker乘积运算,且(t)=[l(t),(t),…,
7、(t)]n.(t)=[nnⅡ2,…,n.Ⅳ].万(t)=[扞n,…,n,v]'式中,=[(t),Y(t)]T是第n个矢量水听器测量到的声压向量和速度矢量向量,噪声分量n=[n(￡),,l()],n=[n(t),,l(￡)]也是类似,a=[a1,a2,…,aNk]'.为方便起见,将(3)式表示为矩阵形式(t)=A(,O,)p(t)+H.(t)+ni(t)(4)式中A,,)=[a,01,)h.口(,02,咖:)h…口,0D,咖D)hD]口,0,):
