[发明专利]一种48元均匀圆柱阵超短基线精确定向方法

摘要

本发明涉及一种48元均匀圆柱阵超短基线精确定向方法，解决了超短基线水下定位系统的远距离精确定向问题，其技术方案是采用沿圆柱体周向均匀布置16阵元，轴向均匀布置3列，共48元的均匀圆柱阵列。测向时，首先将轴向三阵元输出直接相加，将48元均匀圆柱阵等效成16元均匀圆周阵；然后分别以等效圆周阵的各阵元作为主轴方向，利用当前阵元及两侧相邻的6个阵元共7个阵元形成覆盖周向360°的16个多波束，并通过多波束幅度比较估计出信号的大致方向；最后采用信号所在多波束主轴左右相邻的3个阵元进行分裂波束互谱定向，对信号的方位进行精确估计。实现了海上试验中对航行体进行全航程的实时跟踪与定位，为评估水下航行体的各项性能创造了条件。

主权项

一种48元均匀圆柱阵超短基线精确定向方法，具体包括如下步骤： 步骤一：阵元布置 将一组16个阵元周向均匀布置在定位装置的同一外圆周上，并在轴向均布3组， 形成共48元的均匀圆柱阵列； 步骤二：将轴向三阵元输出相加得到等效16元均匀圆周阵的输出，公式为 式中，a_ij是等效均匀圆周阵第i个等效阵元轴向的第j个阵元输出； 步骤三：多波束粗略定向 分别以等效圆周阵的各等效阵元Ai作为波束主轴方向，利用当前等效阵元及两侧相邻的6个阵元共7个阵元，形成覆盖周向360°的16个多波束，定义为B₁～B₁₆： 式中，A_i表示第i个等效阵元的输出，f₀表示测量信号中心频率，R表示圆周半径，c表示水中声速，w_i表示汉明加权系数，φ为相邻两个等效阵元中心轴线夹角，w_i(i＝1,2,3,4)的具体取值如下： {w₁,w₂,w₃,w₄}＝{0.08,0.31,0.77,1.00} 多波束的‑3dB宽度约为25°，实现周向360°全覆盖，并且降低旁瓣级；形成16个多波束后，分别对其进行滑动FFT处理，并进行幅度比较，找出最大值所在波束号，作为信号来向的粗略估计； 步骤四：分裂波束精确定向 将信号所在多波束主轴左右相邻的3个阵元输出分别直接相加，形成左右分裂波束，通过分裂波束互谱定向，对信号的方位进行精确估计。假设信号入射方向与多波束主轴夹角为θ，则左右分裂波束的互谱可表示如下：可求出电相角： 根据上式，将θ在即[‑11.25°,11.25°]范围内按精度0.05°离散取值，计算出对应的电相角α值，并进行记录，完成左右分裂波束互谱电相角到方位角θ的映射，从而对信号的方位进行精确估计。