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幅相误差对体积阵MVDR波束形成的影响

黄燕 焦君圣 郭世旭 赵鹏

黄燕, 焦君圣, 郭世旭, 等. 幅相误差对体积阵MVDR波束形成的影响[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(1): 1-8 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0077
引用本文: 黄燕, 焦君圣, 郭世旭, 等. 幅相误差对体积阵MVDR波束形成的影响[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(1): 1-8 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0077
HUANG Yan, JIAO Junsheng, GUO Shixu, ZHAO Peng. Effect of amplitude-phase error on the MVDR beamforming of volume array[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0077
Citation: HUANG Yan, JIAO Junsheng, GUO Shixu, ZHAO Peng. Effect of amplitude-phase error on the MVDR beamforming of volume array[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0077

幅相误差对体积阵MVDR波束形成的影响

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0077
详细信息
    作者简介:

    黄燕:黄 燕(1999-), 女, 在读硕士, 主要研究方向为水声阵列信号处理

    通讯作者:

    焦君圣(1977-), 男, 研究员, 从事水声微弱信号检测和水声计量技术研究

  • 中图分类号: TB568, TN911.7

Effect of amplitude-phase error on the MVDR beamforming of volume array

  • 摘要: 体积阵是一种由多个水听器组成的立体阵列, 能够增大潜标接收基阵的孔径, 获得较大的空间增益, 工程中多将其制作成具有收合、展开功能的阵列应用于低频吊放声呐。由于各水听器通道内器件参数、幅度增益不一致, 体积阵的每个阵元接收到的信号之间存在幅相误差。文中通过建立存在幅相误差时的双圆环体积阵模型, 从统计学角度分析了幅相误差对其协方差矩阵、最小方差无畸变(MVDR)波束形成器的输出信噪比、阵增益以及方位估计精度的影响。计算机仿真结果表明, 阵列幅相误差的存在会导致MVDR波束形成器的输出信噪比和阵增益降低; 对于相位误差而言, 当输入信噪比在−5 dB以上时, 这种影响随输入信噪比的增大越来越明显; 对于幅度误差而言, 当输入信噪比在−10 dB以上时, 幅度误差对MVDR波束形成器的输出信噪比和阵增益的影响会更显著; 并且, 相比于幅度误差, MVDR波束形成的方位估计精度对相位误差更加敏感。

     

  • 图  1  体积阵结构图

    Figure  1.  Volume array structure diagram

    图  2  体积阵模型

    Figure  2.  Volume array model

    图  3  输出信噪比及阵增益随相位误差的变化曲线

    Figure  3.  Curve of output SNR and array gain with phase error

    图  4  输出信噪比及阵增益随输入信噪比的变化曲线

    Figure  4.  The variation of the output signal-to-noise ratio with the input signal-to-noise ratio

    图  5  方位估计标准差随相位误差的变化曲线

    Figure  5.  Variation of azimuth estimated standard deviation with phase error

    图  6  输出信噪比及阵增益随幅度误差的变化曲线

    Figure  6.  Variation of the output signal-to-noise ratio with amplitude error

    图  7  输出信噪比与阵增益随输入信噪比的变化曲线

    Figure  7.  The variation of the output signal-to-noise ratio with the input signal-to-noise ratio

    图  8  方位估计标准差随幅度误差的变化

    Figure  8.  Variation of the output SNR with amplitude-phase error

    图  9  输出信噪比和阵增益随幅相误差变化曲线

    Figure  9.  Variation of standard deviation of azimuth estimation with amplitude error

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-26
  • 修回日期:  2023-07-20
  • 录用日期:  2023-08-17
  • 网络出版日期:  2024-01-24

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