近场聚焦波束形成低频段精确定位方法.pdf

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1、第35卷第3期2013年3月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．3Mar．，2013近场聚焦波束形成低频段精确定位方法晁大海(海军驻大连地区军事代表室，辽宁大连116021)’摘要：近场聚焦波束形成声图测量方法可以实现舰船高频信号的主要噪声源的精确定位，实验证明在正横位置时的定位精度可小于2nl。但对于低频、线谱等信号，近场聚焦波束形成声图测量方法由于受阵元间距、基阵孑L径等多方面影响，无法实现精确定位。本文提出采用高精度频域MVDR聚焦波束形成声图测量方法，实现频率大于200Hz舰船目标定位。经理论仿真与实际信号分析，该方法可以实现低频信号的

2、高精度定位，定位精度明显优于常规波束形成(CBF)。关键词：聚焦波束形成；声图定位；近场MVDR中图分类号：0427．5文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)03—0035—05doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．03．008ResearchonwarshipprinciplenoisesourcelocationbaseonlinearrayCHAODa．hai(NavalDeputyOfficeofDalianArea，Dalian116021，China)Abstract：Focusedbeam—formingmethodonnear

3、fieldcanrealizeprecisionlocationofhigh—frequeneeprinciplenoisesourceonwarship．Locationprecisionontheabeammaylessthan2metresbytestproved．Beinginfluencedbyarray—intervalandbasic—aperture，thismethodcan’trealizeprecisionlocationtolow-frequencyandlinespectrumsignal．ThisthesispresentsMVDRfocusedbeam-fo

4、rmingonfrequencydomainthatcanrealizehigh—precisonlocationoflow-frequencysignal，whichovermatchCBFonlocationprecisionapparently．Keywords：focusedbeam—forming；underwateracousticimageranging；MVDRonthenearfieldO引言众所周知，机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声是舰船的三大水下噪声源，三者构成了舰船的辐射噪声和本艇声呐站的自噪声。舰船三大噪声源的产生机理、产生部位和结构之间的差异是噪声源定位与识别

5、的基础，若能测量出这些噪声源的分布图，就可以确定其主要的辐射源位置，必定对舰艇的自身安全、提高水下攻击威力与隐身特性有着重要的现实意义。实验证明，聚焦波束形成声图测量方法‘11是一种在近距离可以实现精确定位的方法，采用高频近距离信号定位误差可小于2m。但该方法由于受到目标声源的频率与阵元间距的影响¨1，因此其对低频目标分辨力较差。而最小方差无畸变响应(minimumvariancedistortionlessresponse，MVDR‘31)高分辨方位估计方法自问世以来，就以其简单的算法，良好的分辨性能得到了广泛关注，是一种具有良好实用前景的高分辨方位估计方法。本文给出近场MVDR波束形

6、成方法，可实现最佳的信号保护、干扰消除和噪声降低能力，即信号／(干扰+噪声)比增益最大。通过该方法可以实现较低频段信号定位，具有较好的分辨能力。本文采用频域MVDR聚焦波束形成声图测量方收稿日期：2012—05—22；修回日期：2012—06—19基金项目：重点实验室基金资助项目(9410C260103080C26)作者简介：晁大海(1965一)，男，高级工程师，从事舰船监造及噪声测试工作。·36·舰船科学技术第35卷法，实现了舰船目标本体辐射出频率大于200Hz噪声信号定位。通过仿真与实验数据分析，频域MVDR聚焦波束形成声图测量方法较常规近场聚焦波束形成声图测量方法性能优越，在声图中

7、显示的亮点初出。通过采用频域MVDR聚焦波束形成声图测量方法对一艘大型实验船进行数据分析后发现该方法可以实现对某一频段信号进行定位。l声图测量原理聚焦波束形成原理是将已知扫描深度的水中近场辐射目标进行平面区域的动态扫描补偿。不同于常规波束形成，它关注的是目标距离与阵尺度相近，即近场条件下的波束形成。聚焦波束形成声图处理方法由于其高精度的近场定位能力，得到了广泛研究与应用。聚焦波束形成声图法原理如图1所示。在测量区P平面上有一目标声源