• 中国科技核心期刊
  • JST收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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): 139-146 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): 139-146 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0077
HUANG Yan, JIAO Junsheng, GUO Shixu, ZHAO Peng. Influence of Amplitude-phase Error on MVDR Beamforming of Volume Array[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(1): 139-146. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0077
Citation: HUANG Yan, JIAO Junsheng, GUO Shixu, ZHAO Peng. Influence of Amplitude-phase Error on MVDR Beamforming of Volume Array[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(1): 139-146. 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, 主要从事水声微弱信号检测和水声计量技术研究

  • 中图分类号: TJ630.34; U674

Influence of Amplitude-phase Error on 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和幅度增益不一致, 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(SNR)、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SNR和阵增益降低; 对于相位误差而言, 当输入SNR在−5 dB以上时, 这种影响随输入SNR的增大越来越明显; 对于幅度误差而言, 当输入SNR在−10 dB以上时, 幅度误差对MVDR波束形成器的输出SNR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.  Structure of volume array

    图  2  体积阵模型

    Figure  2.  Volume array model

    图  3  输出SNR及阵增益随相位误差变化曲线

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

    图  4  输出SNR及阵增益随输入SNR变化曲线

    Figure  4.  Variation of output SNR and array gain with input SNR

    图  5  方位估计标准差随相位误差变化曲线

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

    图  6  输出SNR及阵增益随幅度误差的变化曲线

    Figure  6.  Variation of output SNR and array gain with amplitude error

    图  7  输出SNR与阵增益随输入SNR变化曲线

    Figure  7.  Variation of output SNR and array gain with input SNR

    图  8  方位估计标准差随幅度误差变化曲线

    Figure  8.  Variation of azimuth estimated standard deviation with amplitude error

    图  9  输出SNR和阵增益随幅相误差变化曲线

    Figure  9.  Variation of output SNR and array gain with amplitude-phase error

  • [1] 李海龙. 吊放目标方位估计仿真与试验研究[C]//2017年全国声学学术会议论文集. 上海: 《声学技术》编辑部, 2017: 421-422.
    [2] 李亮. 扩展阵方位估计算法仿真研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2017.
    [3] 洪常委, 凌国民, 陶伟. 宽容性体积阵优化波束形成[J]. 船舶工程, 2007, 29(5): 72-75. doi: 10.3969/j.issn.1000-6982.2007.05.021

    Hong Changwei, Ling Guomin, Tao Wei. Robust volumetric array optimization of beam forming[J]. Ship Engineering, 2007, 29(5): 72-75. doi: 10.3969/j.issn.1000-6982.2007.05.021
    [4] Keskin F, Filik T. An optimum volumetric array design approach for both azimuth and elevation isotropic doa estimation[J]. IEEE Access, 2020, 8: 183903-183912. doi: 10.1109/ACCESS.2020.3028929
    [5] 刘伯胜, 雷家煜. 水声学原理[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2010: 3-4.
    [6] 王永良. 空间谱估计理论与算法[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004: 2-11, 391-398.
    [7] 张小飞, 陈华伟, 仇小锋. 阵列信号处理及MATLAB实现[M]. 北京: 电子工业出版社, 2015: 2-8.
    [8] Capon J. High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis[J]. Proceedings of the IEEE, 1969, 57(8): 1408-1418. doi: 10.1109/PROC.1969.7278
    [9] 王大宇, 陈阳, 李旭. 基于宽带MVDR波束形成的弱信号检测研究[J]. 舰船电子对抗, 2013, 36(2): 62-65, 68. doi: 10.3969/j.issn.1673-9167.2013.02.016

    Wang Dayu, Chen Yang, Li Xu. Research into the weak signal detection based on wideband mvdr beam forming[J]. Shipboard Electronic Countermeasure, 2013, 36(2): 62-65, 68. doi: 10.3969/j.issn.1673-9167.2013.02.016
    [10] 王永良, 丁前军, 李荣峰. 自适应阵列处理[M]. 北京: 清华大学出版社, 2009.
    [11] 陈适. 自适应波束形成算法的研究与实现[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2019.
    [12] Vural A M. Effects of perturbations on the performance of optimum/adaptive arrays[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1979, AES-15(1): 76-87. doi: 10.1109/TAES.1979.308798
    [13] Compton R T. The effect of random steering vector errors in the applebaum adaptive array[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1982, AES-18(4): 392-400. doi: 10.1109/TAES.1982.309245
    [14] Godara L C. Error analysis of the optimal antenna array processors[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1986, AES-22(4): 395-409. doi: 10.1109/TAES.1986.310775
    [15] Su W, Gu H, Ni J, et al. Performance Analysis of MVDR Algorithm in the Presence of Amplitude and Phase Errors[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2001, 49(12): 1875-1877. doi: 10.1109/8.982472
  • 加载中
图(9)
计量
  • 文章访问数:  30
  • HTML全文浏览量:  7
  • PDF下载量:  6
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回
    服务号
    订阅号