改进的相控阵多普勒计程仪波束形成技术

发布时间：2021-04-05 18:57

　　目前相控阵式多普勒计程仪的基阵体积比活塞式多普勒计程仪已经缩减了很多,该技术只需通过一个收发共用的平面基阵实现信号的发射和接收,可以同时形成4个方向的波束,大大减小了基阵的尺寸,同时还消除了声速变化对测速的影响。但在中深度和大深度多普勒计程仪设备中,换能器基阵的体积仍然限制了其适装的载体种类。以多普勒计程仪小型化思想为核心,分析了密排相控阵多普勒计程仪波束形成技术,对多普勒计程仪进行集成化、小型化设计。针对密排相控阵波束形成技术,比较其发射指向性、声源级、信噪比、系统复杂度与稀疏相控阵的差异。分析表明,在相同频率、相同发射功率以及相同尺寸的条件下,密排相控阵的收发联合响应较稀疏相控阵提高近6 dB。同时在相同测速作用距离的条件下,利用密排相控阵技术可以减少换能器阵元数,从而减小换能器尺寸,达到小型化的目的。 

【文章来源】：声学技术. 2020,39(01)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

稀疏相控阵阵元排列模型

稀疏相控阵形成前后或左右波束时，发射和接收都只有一半的阵元参与，本节所研究的密排相控阵形成前后或左右波束时，其所有发射和接收阵元都参与波束形成。图2为密排相控阵阵元排列模型。密排相控阵的指向性与稀疏相控阵指向性推导过程类似，不同的是，密排相控阵每个阵元对垂直阵列形成的水平波束以及水平阵列形成的垂直波束都起到了作用。图3为密排相控阵的连线方式。

相控阵多普勒计程仪发射信号的中心频率为75 kHz，对于发射相控阵而言，需要同时产生两个方向分别为+30°和-30°的波束。图4、图5分别是密排相控阵和稀疏相控阵的发射指向性图，从图像中可以看出，主瓣宽度基本一致，即定位精度一致，密排相控阵在±50°和±70°附近，旁瓣明显降低。图6、图7分别为密排相控阵和稀疏相控阵的发射波束空间指向性图，从图中可以看出，密排相控阵旁瓣幅值明显降低，可以抑制旁瓣干扰。图5 稀疏相控阵发射波束指向性图

【参考文献】：
期刊论文
[1]相控阵ADCP编码信号相移波束形成[J]. 李鹏飞,彭东立.  声学技术. 2015(06)
[2]多普勒计程仪作用距离估计[J]. 黄雄飞,周徐昌,苑秉成.  应用声学. 2009(05)
[3]相控阵多普勒测速技术研究[J]. 田坦,张殿伦,卢逢春,陈国忠,张咏霞.  哈尔滨工程大学学报. 2002(01)



本文编号：3119923