基于移相相减的双线阵左右舷分辨方法*

袁静珍

（韩山师范学院物理与电子工程学院，广东 潮州 521041）

0 引言

拖线阵声纳在实际应用中，常存在目标左右舷分辨问题，为解决此问题，搭载平台需要改变机动方向，以打破拖线阵声纳直线处理中的固有对称性，但这种改变机动方向所需的时间较长，容易丢失目标［1-2］。对此，科研工作者提出利用双线阵、三元组水听器阵、矢量传感器阵实现对目标左右舷分辨。在双线阵实现对目标左右舷分辨时，常采用的方法为特征频率法、时延差法、噪声模型法、几何相移模型法等，并在多个方面探讨了双线阵阵形畸变时对目标左右舷分辨的影响［3-6］。

特征频率法［7］针对常规波束形成法在频带选取上没有考虑双线阵左右舷抑制增益问题而提出的左右舷分辨方法，存在处理系统带宽和接收信噪比矛盾问题；时延差法［8-9］是通过测量两个单线阵波束信号时延差来实现对目标左右舷分辨，当各自参考阵元位置发生错位时，会造成左右舷分辨结果发生严重跳变，且在某些频点和角度上无法分辨目标左右舷；噪声模型法［10-11］是基于最优波束形成器推导方法求出最佳滤波系数，使左右相应两个水听器具有心形指向性，需要计算不同频率的最优波束加权系数，并且需要对不同频率的信号分量进行加权，计算量较大；几何相移模型法（相移相加法）［12-15］通过对双线阵中左右相应的两个水听器接收数据进行相移相加，使其具有心形指向性，该方法所具有的最大左右舷分辨增益和最理想的心形指向性与阵间距有关，在双线阵的间距较小时，目标左右舷分辨效果较差。

为了增强相移相加法分辨左右舷目标的鲁棒性，本文利用移相相减技术对左、右线列阵进行处理，降低了双线阵分辨目标左右舷对左、右线列阵间距要求（该方法本文称为移相相减法）。为了直观评估本文方法的有效性，本文在相应理论分析中给出了相应的数值仿真说明。理论推导分析和数值仿真结果均验证了在双线阵的左、右线列阵间距较小时，本文方法具有很好的左右舷抑制比，扩大了相移相加法的适用范围。

1 相移相加法

图1 双线阵各阵元位置及接收目标信号示意图

为了实现目标左右舷分辨，接下来阐述相移相加处理所得心形指向性方法。

为了能够更好地表示左右舷抑制比，对式（2）作进一步处理，得

此时，目标方向θ 处的波束形成响应与可能被误判为目标方向-θ 处的波束形成响应之比为：

2 移相相减法

同样，为了能够更好地表示左右舷抑制比，对式（5）作进一步处理，得

此时，目标方向θ 处的波束形成响应与可能被误判为目标方向-θ 处的波束形成响应之比为：

图2 双线阵归一化指向性图（D=/4）

图3 双线阵归一化指向性图（D=/8）

图4 双线阵归一化指向性图（D=/16）

图5 左右舷抑制比（D=/8，θ=90°）

由图2～图4 可知，相比相移相加法，无论左、右线列阵之间间距D 值是多少，移相相减法所得归一化指向性图具有很好的一致性，有效降低了分辨左右舷目标对左、右线列阵之间间距要求，扩大了同一双线阵对处理频率的适用范围。同样由图5 可知，在线阵之间间距为D=/8，相移相加法在目标方位为θ=90°时，其波束形成结果已无法满足指标要求，而本文所述移相相减法同样能够满足双线阵在实际使用中的需要，该结果与式（4）、式（7）分析结果一致。

3 数据处理分析

由图6～图8 可知，在该仿真条件下，相移相加法不能实现对目标1、2 的左右舷分辨，而本文所述的移相相减法可以很好地对目标1、2 实现左右舷分辨，该仿真结果验证了本文方法的正确性。

4 结论

图6 双线阵波束图

图7 移相相减法所得方位历程图

图8 相移相加法所得方位历程图