拖线阵机动时的自适应波束形成.pdf

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1、第38卷第3期声学学报Vl01．38．No．32013年5月ACTAACUSTICAMay，2013拖线阵机动时的自适应波束形成冰林鹏1,2宫在晓郭永刚张仁和李风华(1中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190)(2中国科学院研究生院北京100190)2011年12月30日收到2012年4月23日定稿摘要提出了一种MVDR(最小方差无失真响应)的改进算法，用以解决常规MVDR算法由于阵形时变而出现的性能下降问题。在获得时变阵形估计数据的基础上，该算法以统计时段内的平均阵形为基准阵形，在每个扫描方向上根据实际阵形和基准阵形的差异对阵列互谱矩阵多样本进行相位补偿，从而实现统计时

2、段内的互谱矩阵多样本相干累加和目标检测。数值仿真与海上实验数据处理结果表明：与传统MVDR算法相比，改进算法有效缓解了时变阵形下的目标测向角度模糊问题，可提高拖线阵目标左右舷分辨性能、增强弱目标检测能力。PACS数：43．30，43．60Adaptivebeamformingofatime-varyingtowedarrayLINPeng·。GONGZaixiaoGUOYonggangZHANGRenheLIFenghua(1StateKeyLaboratoryofAcoustics，InstituteofAcoustics，ChineseAcademyofSciencesBeijing10

3、0190)(2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesBeijing100190)ReceivedDec．30，2011RevisedApr．23，2012AbstractDuringmaneuvering，performanceoftheMinimumvariancedistortionlessresponse(MVDR)beamformingwillgreatlydegradeduetotheshapeerrorofatowedarray．Undertheassumptionthattheshapeofatowedarraychangesi

4、naknownwayduringtheobservationinterval，animprovedMVDRmethodisproposed．Astaticarraywithaverageshapeduringtheobservationintervalistakenasareferencearrayshape．Thephasediferenceofcrossspectraldensitymatrix(CSDM)betweenthetime—varyingarrayandthereferenceoneiscompensatedoneachazimuth．TheCSDMaccumulationc

5、anbeachievedintheend．ThesimulationandexperimentalresultsshowthattheimprovedmethodhasbetterperformancethanconventionMMVDRwkhtime-varyingarray，especiallyinsolvingtheleft—righttargetambiguityanddetectingweaksignals．指向施加输出信号无失真约束，获得了较高的阵列输出信噪比和目标角度分辨率，近年来得到了越来引言越广泛的应用。波束形成算法被广泛用来估计信号到达方向MVDR通过阵元域信号互谱矩阵

6、的统计分析调(DOA)，常用的有常规波束形成(CBF)、最小方差节阵列权矢量，来抑制干扰方向的信号，对阵列位信号无畸变响应(MVDR)[】等。相对于MVDR算置误差敏感度较高[2-4】，较适用于阵形稳定的阵列数法，CBF虽然对线阵阵形及多阵元信号幅相误差的据分析。而柔性拖线阵在实际使用过程中会受到海宽容性较好，但存在角度分辨率低、强目标信号旁瓣浪、涌流、拖船机动等影响，其阵形随时间常出现大泄露过大等难以克服的缺点。而MVDR通过对阵列幅度的变化，从而影响常规MVDR的使用效能，甚木国家自然科学基金(11125420，11074269)资助项目252声学学报2013焦至造成常规MVDR的目标方

7、向误判。其原因在于，列为：MVDR所需的阵元域信号互谱矩阵的统计时间较之0(t)，Ok)=[al，a2，⋯，aM]1’=CBF要长很多，当统计时段内阵形发生变化时，互[1，eJ2~rfo'r2(0，⋯，ej2，0rM(ok)(2)谱矩阵的多样本统计并没有将阵形时变的影响考虑(k=1，2，⋯，)进去，使得目标信息得不到有效统计，导致测向结果，0为频率，(t)为时变阵形坐标向量：出现目标角度扩散，从而失去对目标方