矢量拖曳线列阵MVDR波束形成方法优势∗

席 闯 刘建涛 邢瑞雪

（1.海装沈阳局驻沈阳地区第三军事代表室 沈阳 110000）（2.沈阳辽海装备有限责任公司 沈阳 110000）

1 引言

矢量水听器可以同时获取声场中的标量和矢量信息，具有偶极子指向性［1～3］。多个矢量水听器比标量水听器构成的拖曳线列阵具有更好的性能［4］。

常规波束形成方法算法稳健，但是其方位估计精度能力十分有限［5～6］。MVDR算法是Capon提出的一种提高目标方位分辨力的一种经典方法，该技术除了在空间谱估计中的应用外，在其他领域也有广泛的应用空间［7～8］。

2 阵列接收窄带信号模型

二维平面内，N个远场的窄带目标源xi(t)入射到M个阵元均匀分布的矢量水听器线列阵，假设线列阵包含的阵元个数与通道的个数相同［9］。于是，M个通道所接收的信号数据即为该阵列所接收到的信号数据。阵列接收信号的具体模型图如图1所示。

图1 均匀线阵接收信号图

本文中，假设目标源位于远场。此时，线列阵接收到的信号形式表示成如下的形式。

3 矢量阵MVDR波束形成

4 仿真实验

在仿真实验中，分别对阵元间距d为半波长的8元标量和矢量拖曳线列阵的常规波束形成和MVDR算法进行仿真。假设目标辐射频率为1775Hz的单频连续信号，来自120°方向。信号的采样频率为1kHz，快拍数为16384，噪声为数值模拟的各向同性噪声，信噪比为20dB，声速取1500m/s。

下面是针对于标量线阵，两种算法的仿真结果如图2和图3所示。

图2 标量阵常规波束形成

由图2和图3对比可以看出，在对标量阵的数据处理过程中，相比于常规波束形成方法，MVDR算法具有明显的优势。它可以清晰地分辨出目标的位置，主瓣宽度更窄，背景更加平坦。

图3 标量阵MVDR波束形成

下面是针对于矢量线阵，两种算法的仿真结果，具体如图4和图5所示。

图4 矢量阵常规波束形成

图5 矢量阵MVDR波束形成

由图4和图5对比可以看出，相比于标量线阵，两种算法对矢量线阵处理的结果都避免了出现左右舷模糊的情况。通过将MVDR算法与常规波束形成算法相比，可以看出，MVDR算法的结果图中，方位谱的谱峰更加尖锐，背景更加平坦，有更好的目标方位分辨能力。

5 结语

本文基于阵列接收信号的模型基础，分析了MVDR波束形成算法的核心内容。并且通过对仿真数据的分析，验证了矢量拖曳线列阵与标量拖曳线列阵相比具有良好的区分左右舷的能力。此外，通过与常规波束形成方法对比，MVDR算法得到的波束图主瓣宽度更窄，旁瓣更低，验证了其良好的目标分辨能力和左右舷抑制能力。