圆柱阵特征波束分解与综合超指向性波束形成方法

为了将较小尺寸兼顾较高空间指向性的传感器阵列应用于空间受限的水下无人系统等平台上,文中采用超指向性波束形成方法以提高小尺寸传感器阵列的空间指向性和阵增益,从而改善阵列的目标探测性能。首先介绍了基于特征波束分解与综合(EBDS)的圆环阵超指向性波束形成方法,然后提出了圆柱阵在任意俯仰角方向分两级子阵波束形成的数学模型,并推导了各向同性空间均匀噪声场中的圆柱阵噪声互谱矩阵。圆柱阵波束图和阵增益的仿真结果表明,文中提出的方法在低频段的指向性和阵增益远高于常规波束形成方法,其拓展了EBDS方法的适用范围,增强了圆柱阵的探测性能,为小尺寸阵列进一步应用到低频水下无人系统探测中提供参考。

高阶声场传感器的噪声空间相关性及其阵列超指向性方法

为改善声呐对水下低频安静型目标的探测能力,本文提出采用高阶声场传感器阵列。本文通过特征波束分解与综合超指向性模型定义了以圆环阵作为单个高阶声场传感器的物理含义,分析了高阶传感器接收噪声的空间相关性,然后通过改进的Gram-Schmidt超指向性模型分析了高阶传感器直线阵在端射和舷侧方向的波束响应、指向性因子、稳健性水平等性能指标。仿真结果表明,高阶声场传感器直线阵在消除栅瓣、降低旁瓣、抑制左右舷模糊等方面具有很大的优势,由7个4阶传感器组成的直线阵的指向性指数在较宽的频带内高于传统声压阵8 dB以上。高阶声场传感器阵列及其超指向性方法对未来声呐阵列设计和探测低频水下目标提供了参考。