声呐(纳)技术 ：第二节 直线多波束阵的有关问题课件.ppt

第二节 直线多波束阵的有关问题,1,二十二,波束形成的意义、基本原理基阵的自然指向性（直线阵、任意多元阵）阵元的幅度加权直线多波束阵的有关问题（极大值、旁瓣、零点）中心非模糊扇面波束形成技术（时延、相移等）,本章需掌握的重点内容,2,二十二,本讲重点,线阵自然指向性图的有关特性常规波束形成技术（相移与时延）中心非模糊扇面的概念中心非模糊扇面内的独立波束的个数,3,二十二,1.早期的声呐只有一个波束,一、引 言,这种声呐一般只采用阵的极大值方向或补偿到某一方向上实现对目标的定向。由于单波束声呐在一次收发过程中只能观察一个波束所覆盖的波束空间，若要观察一个大的扇面，就必须用机械或电子的方法来转动这个波束，使其逐步搜索并覆盖该扇面。,4,二十二,第二次世界大战美国潜艇潜艇用JP听测设备,5,二十二,电子扫描技术（看视频）,6,二十二,扫描扇面覆盖示意图,7,二十二,实际的电子扫描技术,8,二十二,2.单波束扫描存在扫描周期与作用距离之间的矛盾,扫描快作用距离短；作用距离大，不能及时对整个扇面扫描，目标易丢失。,9,二十二,旁扫声纳目标跟踪仿真,10,二十二,设有一个束宽为 的单波束声呐，依靠通过旋转基阵搜索一个扇面，为观察扇面内直到距离 的所有目标，要求的最短时间为,11,二十二,其中，为信号从阵到达最大距离尺的目标往返的时间，在这一时间内波束不能旋转大于一个波束的角度，否则就会丢失目标。,12,二十二,例，如当最大作用距离R=15km,时，求,=720秒=12分,13,二十二,例 如当最大作用R=150m,时，求,14,二十二,如果目标和声呐皆运动，则易失去目标，必须提高数据率方能提高搜索速率。,解决途径：多波束系统显然可以提高搜索速度，而且利用预先形成的多个波束（预成多波束），使各个波束输出具有各自独立的信号处理通道，可以保证时间处理增益不受损失。,多波束系统所需的最短扫描时间为多少？,15,二十二,二、线阵的自然指向性特性,等间距直线阵极大值、旁瓣和零点分布,16,二十二,极大值位置,（Grating lobe）,17,二十二,零点位置及个数,18,二十二,19,二十二,旁瓣位置,20,二十二,21,二十二,看下图两极大值之间有几个零点、旁瓣、次级大、几元阵？,22,二十二,上图的功率图,23,二十二,极坐标图；极坐标功率图,24,二十二,三、相移波束形成与时延波束形成,相移波束形成：阵元之间插入相移使主极大方向控制于不同方位的方法；一般在主动声呐中时，常用相移波束形成；,时延波束形成：插入时延使波束控制于不同方位的方法；在宽带应用（被动声呐中）时，则用时延波束形成，这是因为相移是频率的函数，而时延则可做到与频率无关。,25,二十二,1,2,3,n,N-1,26,二十二,27,二十二,28,二十二,极大值位置,29,二十二,亦即零点位置与主极大位置在 轴上位移了同一数值,30,二十二,主波束宽度与主瓣宽度,31,二十二,（视频BeamScaning）,32,二十二,33,二十二,随着指向角的增大主波束宽度增大。,34,二十二,四、直线阵扫描角度的限制中心非模糊扇面的概念,利用相移补偿或时延补偿，使主波束（mainlobe）在空间一个扇面内转动指向（或称扫描）时，这一扇面的宽度实际上不是任意的，存在一个极限值。当扇面超过这个极限时，将会出现方位模糊（beamscaning2）。,35,二十二,线阵自然方向性与插入相移后的方向性函数,N,36,二十二,上图示出了线阵自然指向性和经相位补偿后的指向性。假如有一扇面要搜索或扫描，如果第一对副极大离所需搜索扇面边沿太近，则主波束转动角度时，它们就会落人扇面内，从而造成方位模糊或混淆。,不会出现方位模糊,出现方位模糊,37,二十二,由上图可知，则只要满足扫面扇面半宽度满足下式就不会在扫面该扫面扇面内出现负极大：,不会出现方位模糊,出现方位模糊,38,二十二,中心非模糊扇面定义为：当波束扫描或控制波束转动方位时，不会在其中出现副极大值(grating lobe)的中心扇面。,不会出现方位模糊,出现方位模糊,39,二十二,40,二十二,41,二十二,五、中心非模糊扇面内的独立波束数,由主波束宽度的一半,式得知，均匀加权等间隔N元线阵主波束宽度为,在采用不同组的相移补偿获得不同指向的多个波束时，各波束间应有一定的覆盖，否则会造成漏目标。,42,二十二,当以波束宽度一半处为覆盖点，以,代人线阵波束图公式中，可以得到覆盖点的值,43,二十二,对应的分贝值为,44,二十二,一个中心非模糊扇面的独立波数数为,N个阵元只有N个独立波束,45,二十二,