矢量阵恒定束宽波束形成研究

《矢量阵恒定束宽波束形成研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、矢量阵恒定束宽波束形成研究蔡平赵羽土逸林（哈尔滨工程大学水声工程学院呛尔滨150001）摘要：提出一种基于白适应Notch滤波器的窄带波束形成方法，在此基创上，通过提取并役换等间隔矢量直线阵相邻阵元间的相位差实现欠量阵叵定束宽波束形成。该方法具有欠量阵组合指向性的优点，并可以在一个波长频率的宽度内获得不随频率变化的波束图。给出了仿真及湖试数据分析结果，当发射信号频率降低到半波频率之下，同样可以得到对应于倍频程的理想指向性。PACS数：43.30,43.60VectorArrayConstantBe

2、am-widthBeamformingCAIPingZHAOYuWANGYilin（UnderwaterAcousticEngineeringhist.,HaMiEngineeringUniversity,HaMi150001）Abstract：Anapproachtonarrow-bandbeamformingbasedonadaptiveNotchfilterispresented・Intermsofauniformvectorlinearray,constantbeam-widthbeamf

3、ormingcanbecomplementedbydistillingandtransformingthephasedifterencebetweentheghboringsensors.Themethodhasthedesiredcombineddirectivityofvectorarrayandthebeampattemthatisfrequencyinvariantoveraone-wavelengthbandwidth.Theprocessingresultsofsimulationan

4、dlaketraildataaregiven.Evenwhenthefrequencyofthetransmittedsignalisdecreasedbelowthehalf-wavelengthfrequency,thebeampattemaccordingtotheone-wavelengthfrequencycanalsobeachieved.1引言在阵列信号处理中，为了捉高系统的空间处理增益，并佔计信号源的方位，常需要利用信号和噪声的空间统计特性來检测信号和估计参数。波束形成器是常丿IJ

5、的-•种空间处理结构，它的性能，如空间分辨率、波束图等取决于基阵的相对孔径，换言乙对于给定的呈阵，」•述特征取决丁濒率。如何使得基阵系统对应不同频率的输入信号具冇相同的空间滤波响应？解决这一问题的基本方法就是设计恒定束宽波束形成器。日前，国内外文献给出的相关资料不是很多，利川傅氏变换的恒定束宽波束形成方法是把频带分成多个子带，在每个了带上使I库带波束形成技术來实现束宽恒定；自适应恒定束宽波束形成法是对每个阵元的不同频点产生约束，它町以在冇限的频点上保持呈阵的波束图基木不变；线性组合棊阵法则是在多个

6、频点上分别设计了阵，所冇了阵都具有相同的波束图，而在其他频率处的输出则是这些子阵的线性纟I洽；另—•种常'川的方法是根据要求设计各个阵元的位置，対每个阵元的输岀进行滤波实现恒定朿宽卩叫文献［2］和⑷中的方法均是基于契比雪決加权的方法，得到满足恒定束宽的加权矢量（代表频率响应），设计满足此要求的F1R滤波器组并对阵元的输出滤波进而实现恒定束宽。在文献⑸屮，将任意结构阵列的响应向量表示成以Bessel两数为核函数的级数之和，并将高阶项截断，然后把频带内各个频率点上的阵列响应向量转化到参考频率上，使得各

7、个频率上的波束和参考波束相同。文献［6］捉出的宽带波束形成方法将设计分成空间域滤波器的自适应模拟和时间域的自适应模拟两部分，根据期望的波束图打计算机完成恒定束宽设计。在水声领域中，矢量传感器技术已FI趋成熟，沿用“声压波朿形成”的传统方法，结合矢量信号处理技术⑺⑻可得到令人满意的波束图。另外，通过对各向同性噪声场中声压、振速空间相关系数的分析，给定间距的矢量阴啲有效工作频带可达•个倍频程。能否将矢量阵指向性及宽工作频带的优越性与恒定束宽波束形成的设计相结合呢？这正是本文的出发点。本文首先提出一种基

8、于自适应Notch滤波器的窄带波束形成方法，给出了仿真及湖试结果。右此K础匕通过捉取并变换等间隔直线阵相邻阵元间的相位差实现恒定束宽波束设计，在一个倍频程的宽度内获得不随频率变化的波束图。并进一步结合矢量阵组合指向性的优点，实现矢量阵怛定束宽设计。由给出的仿真及湖试数据分析结果可看出，当发射信号频率降低到半波频率之卜；同样可以得至U对应于倍频程的理想指向性。2基于自适应Notch滤波器的波束形成方法白固'VNotch滤波器又名陷波滤波器。考虑离散形式，H输入信号为X伙）r伙）+〃伙