分裂波束相位差過零檢測方法研究分析 1 1 41.3分裂波束相位差過零檢測法 6分裂波束相位差過零檢測法與BDI算法不同，不是基于信號(hào)幅值進(jìn)行檢測的算法，而是一種經(jīng)典的、基于信號(hào)相位信息進(jìn)行檢測的算法。它通過利用海底回波信號(hào)在相位上的差異進(jìn)行分析，找到各個(gè)波束信號(hào)之間的時(shí)延，達(dá)到測深的的接收陣元安置在水平面上，間距記為d。則法線之間有一定的角度(入射角θ不為0)時(shí)，聲波在到達(dá)基陣的時(shí)間會(huì)有先后圖1.18二元基陣水平放置時(shí)聲波到達(dá)兩個(gè)陣元示意圖圖1.19二元基陣傾斜放置時(shí)聲波到達(dá)兩個(gè)陣元示意圖而前文所提到的兩個(gè)陣元信號(hào)之間的相位差φ也將是一個(gè)時(shí)間序列φ(n)。當(dāng)元重疊。0～N-M-1號(hào)陣元組成子陣1,M～N-1號(hào)陣元組成子陣2。且圖上可以看出兩個(gè)子陣的等效聲中心的間距為Md?]。圖1.20將直線陣分為兩個(gè)子陣提下，進(jìn)行了相位補(bǔ)償后，子陣1的各波束的輸出如式(2-21)所示。式中的r表式中的表示相鄰的陣元之間的入射信號(hào)相位差，而表示的是將波束方向控制到θ,方向時(shí)相鄰的陣元之間的補(bǔ)償相移。對(duì)子陣2同樣做如上操作，同號(hào)(即r號(hào))的輸出可以用式(2-22)表示。定義一個(gè)變量k=ki+M,可將上式改寫為式(2-21)。由式(2-20)和式(2-21)便可知，兩個(gè)子陣的同波束號(hào)的波束在輸出信號(hào)上的相位差會(huì)如式(2-22)所示。另外，因?yàn)樵诒竟?jié)的前文已經(jīng)提到，信號(hào)入射角是θ是一個(gè)變量，在照射角度不為0時(shí)是時(shí)間的函數(shù)θ(n),因此式(2-22)需要改寫成式(2-23)。由上式看出，當(dāng)式中右方為零，即sin(θ(n))-sinθ,為零時(shí)，兩個(gè)子陣信號(hào)的相位差中AB(θ(n),θ.)為零。而要達(dá)到這一情況，信號(hào)入射角θ(n)和波束控制角θ,便因此，可以得出這一觀點(diǎn)—一只要能確定好相位差序列從負(fù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檎灯谝淮┻^零線的時(shí)刻又稱為過零交叉點(diǎn)。為了有效估計(jì)過零點(diǎn)的位置，需要相位差序列中似線性的部分足夠長，而線性部分的長度又取決于波束照射到的海底腳印的大小。這意味著對(duì)邊緣波束，用分裂波束相位差過零檢測法進(jìn)行處理更能發(fā)揮作用[2][4]。1.2子陣信號(hào)間的相位差模糊問題繼續(xù)從圖(1.18)和圖(1.19)進(jìn)行分析，基于公式(2-19)和d/λ在(-π/2,π/2)范圍內(nèi)時(shí)，相位差φ∈(一π/2,π/2)與θ有一—對(duì)應(yīng)的關(guān)系單調(diào)關(guān)系，且是單值函數(shù)，且確定這個(gè)相位差序列的過零時(shí)刻就可以確定信號(hào)到達(dá)的方向。但是當(dāng)陣元間距時(shí)，在θ∈(一π/2,π/2)的范圍內(nèi)，相位差變化φ會(huì)超過2π。例如將d/λ提升至2,相位差有數(shù)次從負(fù)值到正值單調(diào)遞增的過零時(shí)刻，這也就意味著會(huì)有多個(gè)入射的角度θ對(duì)應(yīng)同一個(gè)相位差φ,此時(shí)用相位差過零位置進(jìn)行檢測的話，會(huì)得到多個(gè)角度。采用兩個(gè)子陣時(shí)，它們各自形成了多波束，且各個(gè)波束的寬度較窄，主瓣內(nèi)的信號(hào)幅值相對(duì)于旁瓣內(nèi)的信號(hào)幅值較大，則此時(shí)就可以只在主瓣內(nèi)測量出兩個(gè)子陣之間的相位差，達(dá)到在子陣間距大于1/2的波長時(shí)不會(huì)有相位模糊的目的。這也是采用分裂波束的優(yōu)點(diǎn)之一。為了保證兩個(gè)子陣信號(hào)在主波束內(nèi)的相位差不產(chǎn)生相位模糊，接下來對(duì)子陣間距需要的約束條件進(jìn)行討論。(1.21)),可以將第r號(hào)波束與第r+1號(hào)波束的間隔用式(2-24)進(jìn)行表示[2]I4]。將波束的兩個(gè)零點(diǎn)間隔記為波束寬度zero,有陣的間距小于等于子陣長度的一半，或者說子陣的長度要大于等于子陣間距的2即不發(fā)生相位模糊的條件成為了總陣長度應(yīng)該大于或等于子陣長度的3倍。雪夫加權(quán)，目的是為了降低旁瓣信號(hào)，波束會(huì)變寬。定義一個(gè)η>1的因子，則1.3分裂波束相位差過零檢測法因此有設(shè)多波束測深系統(tǒng)采用窄帶CW脈沖信號(hào)，信號(hào)的時(shí)間函數(shù)形式為s(t)=E(t)cosφ(t)coswI(t)coswt-Q(t)sin將其寫為離散形式得到I(n)=E(n)cosφ(n)E(n)=√I2(n)+Q2(n)更高。于是，在多波束測深系統(tǒng)中為了得到時(shí)間變量相位差中AB(n),采樣所謂估值P,構(gòu)成目標(biāo)函數(shù)為式中W為常規(guī)窗函數(shù)(海明窗等),由于構(gòu)