基于目標精確定向的分裂波束算法研究

張志彬 王亞芳 欒泰珍 朱麗華

摘 要：本文針對目標的精確定向問題采用分裂波束算法，分別在時域和頻域上提出了互相關法和互譜法兩種分裂波束分析方法，通過對比分析，給出了互相關法和互譜法用于目標精確定向的優缺點。

關鍵詞：分裂波束；精確定向；互相關法；互譜法

1 引言

經過多年的研究，可以明確的是分裂波束算法有較好的定向精度。本文分別從分裂波束精確定向的時域和頻域上入手，采用互相關分裂波束算法和互譜分裂波束算法，研究對比在不同信噪比和不同角度上的兩種算法的定向精度，找出兩種算法的優缺點。

2 分裂波束定向原理

所謂“分裂波束”定向，就是將參加形成波束的陣元分成幾何上對稱的兩組，分別形成波束。設多元陣為一個 陣元均勻線列陣，目標信號為單頻平面波，干擾為零均值窄帶高斯過程。將陣元分左，右兩組（中間可重疊），陣元數為M個。

左邊M個陣元的輸出相加得左波束輸出，有

式中：

右邊M個陣元的輸出相加得右波束輸出，有

式中：

利用分裂波束便可以測向。若左右兩組基陣的聲學中心間距為D，則兩波束輸出信號間的相位差為

相應的時間差為

因此

如果測出相位差（或時間差），便可算出目標的方位角α。而其測向誤差Δα取決于對相位差測定的誤差 。它們的關系為

3 仿真實驗及結果

仿真條件：單個目標（通過matlab仿真出的正雙曲線性調頻信號+HFM），噪聲為高斯白噪聲，帶寬300Hz，信噪比選取-10dB。陣元數24個，采樣頻率25KHZ，FFT點數1024點。

左子陣陣元接收的時域信號和右子陣陣元接收的時域信號之間的相對時延如下圖所示：

得出左右子陣接收目標信號的相對時延后，分別用互相關法和互譜法進行分析，現將信噪比在-10dB下，角度值在61.3、91.3時，互譜法分裂波束精確定向與互相關法分裂波束精確定向的結果列為下表：

4 結論

本文比較了互相關分裂波束算法和互譜分裂波束算法，發現由于相位周期性的影響，使精確定向產生了較大的誤差，特別是在低信噪比時，即便采用去周期的方法，效果也不理想，但互相關分裂波束算法就避免了相位周期性對時延估計的影響，同時又通過相關累積減小了噪聲的影響。在實際應用中，則要注意為減少采樣造成的誤差可以根據需要對時延值進行差值。

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