矢量拖曳線列陣MVDR波束形成方法優勢?

席 闖 劉建濤 邢瑞雪

（1.海裝沈陽局駐沈陽地區第三軍事代表室 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成的拖曳線列陣具有更好的性能［4］。

常規波束形成方法算法穩健，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典方法，該技術除了在空間譜估計中的應用外，在其他領域也有廣泛的應用空間［7～8］。

2 陣列接收窄帶信號模型

二維平面內，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，假設線列陣包含的陣元個數與通道的個數相同［9］。于是，M個通道所接收的信號數據即為該陣列所接收到的信號數據。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波束形成和MVDR算法進行仿真。假設目標輻射頻率為1775Hz的單頻連續信號，來自120°方向。信號的采樣頻率為1kHz，快拍數為16384，噪聲為數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，兩種算法的仿真結果如圖2和圖3所示。

圖2 標量陣常規波束形成

由圖2和圖3對比可以看出，在對標量陣的數據處理過程中，相比于常規波束形成方法，MVDR算法具有明顯的優勢。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，兩種算法的仿真結果，具體如圖4和圖5所示。

圖4 矢量陣常規波束形成

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果都避免了出現左右舷模糊的情況。通過將MVDR算法與常規波束形成算法相比，可以看出，MVDR算法的結果圖中，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 結語

本文基于陣列接收信號的模型基礎，分析了MVDR波束形成算法的核心內容。并且通過對仿真數據的分析，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分左右舷的能力。此外，通過與常規波束形成方法對比，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。