矢量拖曳線列陣MVDR波束形成方法優(yōu)勢?

席 闖 劉建濤 邢瑞雪

（1.海裝沈陽局駐沈陽地區(qū)第三軍事代表室 沈陽 110000）（2.沈陽遼海裝備有限責任公司 沈陽 110000）

1 引言

矢量水聽器可以同時獲取聲場中的標量和矢量信息，具有偶極子指向性［1～3］。多個矢量水聽器比標量水聽器構(gòu)成的拖曳線列陣具有更好的性能［4］。

常規(guī)波束形成方法算法穩(wěn)健，但是其方位估計精度能力十分有限［5～6］。MVDR算法是Capon提出的一種提高目標方位分辨力的一種經(jīng)典方法，該技術(shù)除了在空間譜估計中的應(yīng)用外，在其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用空間［7～8］。

2 陣列接收窄帶信號模型

二維平面內(nèi)，N個遠場的窄帶目標源xi(t)入射到M個陣元均勻分布的矢量水聽器線列陣，假設(shè)線列陣包含的陣元個數(shù)與通道的個數(shù)相同［9］。于是，M個通道所接收的信號數(shù)據(jù)即為該陣列所接收到的信號數(shù)據(jù)。陣列接收信號的具體模型圖如圖1所示。

圖1 均勻線陣接收信號圖

本文中，假設(shè)目標源位于遠場。此時，線列陣接收到的信號形式表示成如下的形式。

3 矢量陣MVDR波束形成

4 仿真實驗

在仿真實驗中，分別對陣元間距d為半波長的8元標量和矢量拖曳線列陣的常規(guī)波束形成和MVDR算法進行仿真。假設(shè)目標輻射頻率為1775Hz的單頻連續(xù)信號，來自120°方向。信號的采樣頻率為1kHz，快拍數(shù)為16384，噪聲為數(shù)值模擬的各向同性噪聲，信噪比為20dB，聲速取1500m/s。

下面是針對于標量線陣，兩種算法的仿真結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 標量陣常規(guī)波束形成

由圖2和圖3對比可以看出，在對標量陣的數(shù)據(jù)處理過程中，相比于常規(guī)波束形成方法，MVDR算法具有明顯的優(yōu)勢。它可以清晰地分辨出目標的位置，主瓣寬度更窄，背景更加平坦。

圖3 標量陣MVDR波束形成

下面是針對于矢量線陣，兩種算法的仿真結(jié)果，具體如圖4和圖5所示。

圖4 矢量陣常規(guī)波束形成

圖5 矢量陣MVDR波束形成

由圖4和圖5對比可以看出，相比于標量線陣，兩種算法對矢量線陣處理的結(jié)果都避免了出現(xiàn)左右舷模糊的情況。通過將MVDR算法與常規(guī)波束形成算法相比，可以看出，MVDR算法的結(jié)果圖中，方位譜的譜峰更加尖銳，背景更加平坦，有更好的目標方位分辨能力。

5 結(jié)語

本文基于陣列接收信號的模型基礎(chǔ)，分析了MVDR波束形成算法的核心內(nèi)容。并且通過對仿真數(shù)據(jù)的分析，驗證了矢量拖曳線列陣與標量拖曳線列陣相比具有良好的區(qū)分左右舷的能力。此外，通過與常規(guī)波束形成方法對比，MVDR算法得到的波束圖主瓣寬度更窄，旁瓣更低，驗證了其良好的目標分辨能力和左右舷抑制能力。