一种鱼雷自导波束锐化方法

摘要

本发明涉及一种可有效提高鱼雷对空间不同方位多个目标分辨能力的鱼雷自导波束锐化方法。其特点是针对鱼雷自导声基阵，通过对基阵各阵元接收信号选取不同加权系数进行加权求和，在空间相同方向同时形成主瓣窄而旁瓣高和主瓣宽而旁瓣低的两个波束，分别实现减小波束主瓣和抑制波束旁瓣。利用这两个具有不同主、旁瓣特性的波束信号及包络进行对应乘积加权的复合处理，在进一步锐化波束主瓣的同时降低旁瓣，以获取低旁瓣的锐化波束信号，提高波束方位分辨能力。该方法计算量小，稳健性好，适应能力强，特别是可适用于空间信号源数目未知或者各信源之间具有较强相关性的应用环境，具有较好的工程实用性，可有效提高鱼雷多目标空间方位分辨能力。

主权项

一种鱼雷自导波束锐化方法，其特征在于，利用两组不同的声基阵阵元信号加权系数，同时得到空间相同方向但具有不同主、旁瓣特性的两个波束，通过两个波束信号的数字复合处理，实现波束锐化，具体包括下述步骤：步骤一：针对鱼雷自导一般采用的各阵元均匀排列的平面声基阵，如果需要对水平方向目标进行精确定向或分辨，则将平面阵垂直方向具有相同水平相位的每列阵元的接收信号求和，并求其平均，使平面阵等效为水平均匀线列阵，平面阵中具有相同水平相位的阵元列数即为等效阵元数；如果需要对垂直方向目标进行精确定向或分辨，则可将水平方向具有相同垂直相位的每行阵元的接收信号求和，并求其平均，使平面阵等效为垂直均匀线列阵，平面阵中具有相同垂直相位的阵元的行数即为等效阵元数；步骤二：对于等效的水平或垂直均匀线列阵，假设等效阵元数为N，以减小波束主瓣宽度为目标，设定波束主旁瓣比为B，并取B为0dB～3dB，计算一组加权系数A_i，i＝1,2,…,N，并构建波束形成的幅度和相位综合加权系数W_i，i＝1,2,…,N，对等效线列阵各阵元信号进行加权求和，得到波束1输出信号；具体包括如下子步骤：子步骤1：按照参考文献方法，根据阵元数N和要求的波束主旁瓣比B，计算各阵元的幅度加权系数A_i，i＝1,2,…,N，令$x_0=\cosh \left[\frac{ln(B+\sqrt{B^2-1})}{N-1}\right]---\left(1\right)$ 式(1)中，cosh()为双曲余弦函数，ln()为自然对数函数；再令$\alpha =1-\frac{1}{x_0^2}---\left(2\right)$ 则第i个阵元的幅度加权系数A_i(i＝1,2,…,N)分别为$A_i=\frac{N-1}{N-k}\underset{s}{\Sigma }\left(\begin{array}{c}k-2\\ s\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}N-k\\ s+1\end{array}\right){\alpha }^{s+1}---\left(3\right)$ 式(3)中 1＜i≤N,s＝0,1,…$\begin{array}{cc}\left(\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right)=\frac{p!}{q!(p-q)!}& (q\le p)\end{array}$且有子步骤2：根据需要形成的水平或垂直波束的主轴方向，利用A_i，i＝1,2,…,N，构建各阵元信号的幅度和相位综合加权系数W₁，W₂，W₃，…，W_N‑1，W_N，即W_i＝A_ie^{‑j2πf(i‑1)dsinθ/c} i＝1，2，…，N   (4)式(4)中，f为信号频率，单位为Hz；θ为需要形成的水平或垂直波束主轴方向，单位为rad，d为等效均匀线列阵的阵元间距，单位为m，c为水中的声波传播速度，单位为m/s；子步骤3：利用该加权系数Wi，i＝1,2,…,N，通过对等效均匀线列阵1～N各阵元接收信号进行加权求和，在空间需要的方向上形成主瓣宽度小、旁瓣相对较高的波束1，即假设等效均匀线列阵各阵元的接收信号分别为X_i，i＝1,2,…,N，则波束1输出为$Y_1=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{W}_i{X}_i,i=1,2,...,N---\left(5\right)$步骤三：同样，对于步骤一所述等效阵元数为N的水平或垂直均匀线列阵及其各阵元接收信号X_i，i＝1,2,…,N，以减小波束旁瓣为目标，设定波束主旁瓣比B为30dB～50dB，计算另一组幅度加权系数A′_i，i＝1,2,…,N；再根据需要形成的水平或垂直波束的主轴方向θ，构建其相应的幅度和相位综合加权系数W′_i，i＝1,2,…,N；利用该加权系数，通过对声基阵各阵元接收信号的加权求和，在与波束1相同方向上形成旁瓣低但主瓣相对较宽的波束2，即$Y_2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{W}_i^{\prime }{X}_i,i=1,2,...,N---\left(6\right)$步骤四：解算波束2信号的复包络，具体解算方法如下：如果鱼雷自导系统采用了实信号采样方法，则按照上述步骤得到的波束2是实信号，对波束2的实信号进行Hilbert变换，首先将其变换为复信号，再按照下面复信号包络求解方法解算波束2信号的复包络；如果鱼雷自导系统采用了复信号采样方法，则按照上述步骤三得到的波束2是复信号，可直接解算其复包络；假设波束2复信号Y₂的采样数据长度为L，每个采样点的具体数据为y_2k＝a_k+b_k*i，k＝1,2,…,L,则波束2信号的复包络为${\tilde{y}}_{2k}=\sqrt{a_k^2+b_k^2},k=1,2,...,L---\left(7\right)$步骤五：利用波束2信号的复包络与波束1信号进行对应乘积复合处理，即假设波束1信号的采样数据序列为y_1k＝c_k+d_k*i，k＝1,2,…,L,则利用波束2信号复包络的每个采样点数据与波束1信号对应同一时刻的采样点数据y_1k进行乘积运算处理，得到乘积复合处理后的信号为：$z_k={\tilde{y}}_{2k}{y}_{1k}=\sqrt{a_k^2+b_k^2}(c_k+d_k*i),k=1,2,...,L---\left(8\right)$这样得到的信号z_k，k＝1,2,…,L即为复合波束输出信号的采样数据序列。