线阵由布设在一条直线上的若干个传声器组成,用于对半个平面进行定位或定向的常用阵形,若阵列能够转动则可以对整个平面进行定位。定向舰艇所用的被动声呐系统由于受船宽的限制通常采用线阵。
一、二元线阵
二元线阵是最简单的传声器阵列,它只能用于远距离目标的方向。设两传声器M1、M2对称布设在x轴上相距l的两点,其坐标分别为目标位于S(x,y),距离为r,方位角为φ,则声程差
它与两个传声器间接收信号的时间差(即时延τ)成正比,比例系数为声速c,即
由于r≫l,所以,
其定向的均方误差为
其中,σd为声程差估计的均方误差。由此可见,定向精度与距离无关,但与目标方位角有关。当目标位于y轴附近,即位于两个传声器连线垂直平分线附近时,定向精度较高;当目标位于x轴附近,即位于两个传声器连线附近时,定向精度很低,甚至无法定向。
二、三元阵线
三元阵线传声器阵列不仅可以定向,也可以定距。设两传声器M1、M2沿x轴对称布设在位于原点(0,0)的传声器M0两边,其坐标分别为(l,0)、(-l,0),目标位于S(x,y),距离为r,方位角为φ,则声程差
二式分别相加、相减,得
由此可得定向、定距公式
其定向、定距的均方误差为
由此可见,定向精度与距离无关,而定距精度与距离有关,其误差与距离平方成正比。两者都与目标方位角有关,当目标位于y轴附近时,其定向和定距精度远高于目标位于x轴附近时。(www.daowen.com)
三、多阵元线阵
为了提高定向、定距精度,增加阵元数量是个有效的方法。最常用的是2n+1元等距线阵。取线阵沿x轴布设,中间的传声器M0位于原点(0,0),则x轴正方向第k个传声器Mk的坐标为(kl,0),到目标的距离为rk;x轴负方向第k个传声器的坐标为(-kl,0),到目标的距离为r′k。传声器Mk与Mk-1的声程差为
传声器与的声程差为
二式分别相加、相减,得
由此可得定向、定距公式
对于k=1,2,…,n,其定向误差相同,而定距误差不同。为此,对n个定向结果cosφk进行算术平均,有
此时,其定向的均方误差为
为了得到距离的最佳估计,应对n个定距结果rk进行方差倒数加权平均,而rk的估计均方差为
由于
得定距公式
其定距的均方误差为
由此可见,增加阵元数量是提高定距精度的有效方法。在给定阵元数和总孔径的条件下,优化各阵元的间距,可进一步提高定距精度。
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