基于目标精确定向的分裂波束算法研究

张志彬 王亚芳 栾泰珍 朱丽华

摘 要：本文针对目标的精确定向问题采用分裂波束算法，分别在时域和频域上提出了互相关法和互谱法两种分裂波束分析方法，通过对比分析，给出了互相关法和互谱法用于目标精确定向的优缺点。

关键词：分裂波束；精确定向；互相关法；互谱法

1 引言

经过多年的研究，可以明确的是分裂波束算法有较好的定向精度。本文分别从分裂波束精确定向的时域和频域上入手，采用互相关分裂波束算法和互谱分裂波束算法，研究对比在不同信噪比和不同角度上的两种算法的定向精度，找出两种算法的优缺点。

2 分裂波束定向原理

所谓“分裂波束”定向，就是将参加形成波束的阵元分成几何上对称的两组，分别形成波束。设多元阵为一个 阵元均匀线列阵，目标信号为单频平面波，干扰为零均值窄带高斯过程。将阵元分左，右两组（中间可重叠），阵元数为M个。

左边M个阵元的输出相加得左波束输出，有

式中：

右边M个阵元的输出相加得右波束输出，有

式中：

利用分裂波束便可以测向。若左右两组基阵的声学中心间距为D，则两波束输出信号间的相位差为

相应的时间差为

因此

如果测出相位差（或时间差），便可算出目标的方位角α。而其测向误差Δα取决于对相位差测定的误差 。它们的关系为

3 仿真实验及结果

仿真條件：单个目标（通过matlab仿真出的正双曲线性调频信号+HFM），噪声为高斯白噪声，带宽300Hz，信噪比选取-10dB。阵元数24个，采样频率25KHZ，FFT点数1024点。

左子阵阵元接收的时域信号和右子阵阵元接收的时域信号之间的相对时延如下图所示：

得出左右子阵接收目标信号的相对时延后，分别用互相关法和互谱法进行分析，现将信噪比在-10dB下，角度值在61.3、91.3时，互谱法分裂波束精确定向与互相关法分裂波束精确定向的结果列为下表：

4 结论

本文比较了互相关分裂波束算法和互谱分裂波束算法，发现由于相位周期性的影响，使精确定向产生了较大的误差，特别是在低信噪比时，即便采用去周期的方法，效果也不理想，但互相关分裂波束算法就避免了相位周期性对时延估计的影响，同时又通过相关累积减小了噪声的影响。在实际应用中，则要注意为减少采样造成的误差可以根据需要对时延值进行差值。

[参考文献]

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