Результаты моделирования. 
Моделирование пространственных спектров

В этом разделе приводятся результаты моделирования пространственных спектров по методу Бартлетта на выходе СА (10), ВСА (11), а также по потоку мощности (12). Представлены пространственные спектры, когда на вход приемной антенны поступают сигналы, обусловленные только шумами моря. Нормировка пространственных спектров выполнена на среднюю мощность сигнала на входе одиночного модуля. Антенна расположена горизонтально в глубоком море, число приемных модулей равно 20, межэлементное расстояние равно, средняя рабочая частота Гц.

Выходной отклик для СА имеет ярко выраженные максимумы и минимумы. Минимальный уровень шума принимается по направлениям близким к. Это объясняется тем, что лепесток, сформированный в этом направлении, захватывает достаточно удаленную область морской поверхности, на которой расположены шумящие источники. Максимальный уровень шумов наблюдается по направлениям, близким к. В данном случае в силу пространственной симметрии формируемый главный лепесток захватывает не только траверсные направлении в горизонтальной плоскости, но и поверхность моря «над головой» антенны. Кривая 2 соответствует пространственному спектру при использовании ВСА. Поскольку диаграмма направленности горизонтально расположенных векторных приемников обращена к морской поверхности нулем, то при групповой обработке сигналов по направлениям уровень принимаемых шумов несколько уменьшается по сравнению с СА. Кривая 3 соответствует алгоритму обработки (12). Видно, что использование такого подхода приводит к эффективному подавлению шумов моря при конечном значении. В данном примере =1000, что вполне реализуемо для многих прикладных задач гидроакустики.

Представлены аналогичные пространственные отклики для ситуации, когда входные сигналы определяются не только шумами моря, но и локальным источником, находящимся под углом. Нормировка для каждого из рассчитанных пространственных спектров выполнена на его максимальное значение.

Поскольку линейная СА не различает «право-лево», то для неё получен известный результат: в выходном отклике на фоне шумов наблюдается два лепестка единичного уровня. В пространственном спектре ВСА ложный боковой лепесток подавлен, шумовой фон немного ниже, чем в пространственном спектре для СА, особенно по направлениям близким к 90? и 270?. Пространственный спектр той же ВСА, но с использованием алгоритма по потоку мощности (12), также подавляет ложный боковой лепесток от локального источника, а самое главное, эффективно подавляет шумы моря.

Для характеристики помехоустойчивости алгоритмов обработки используется отношение сигнал/помеха на выходе приемной системы:

.

здесь — значение выходного сигнала, когда на вход поступает сигнал только от локального источника, — значение выходного сигнала, обусловленное только шумом.

С учетом того, что принимаемые сигналы имеют нормальное распределение, шум аддитивен, а входные сигналы подвергаются линейному преобразованию, данное выражение преобразуется к виду.

.

Средние значения, а также и были найдены путем моделирования и статистического осреднения для каждого из рассматриваемых алгоритмов. Как видно, значение зависит от угла фокусировки — для всех рассмотренных алгоритмов, следовательно и отношение сигнал/помеха на выходе также зависит от углового положения источника. Для ситуации,, получены следующие значения отношения сигнал/помеха на выходе приемной антенны: для СА =52, для ВСА =68, а для алгоритма, работающего по потоку мощности, =800. В данной ситуации предложенный алгоритм (по критерию отношения сигнал/помеха на выходе приемной системы) эффективнее традиционного алгоритма для скалярной антенны в 16 раз.

Разработан алгоритм, который использует поток мощности сигналов, принимаемых векторно-скалярной антенной. Предложенный алгоритм эффективно подавляет шумы моря за счет того, что среднее значение потока мощности в горизонтальной плоскости по шумовой составляющей стремится к нулю. Компьютерное моделирование показало, что даже при конечном времени наблюдения и ограниченной полосе частот (=1000) разработанный алгоритм обработки эффективно подавляет шумовую составляющую на выходе пространственного спектра векторно-скалярной антенны.

Анализ пространственных спектров показал существенные преимущества предложенного алгоритма для векторно-скалярной антенны: отношение сигнал/помеха на выходе приемной системы увеличено в 16 раз по сравнению со скалярной приемной системой.

Как следствие столь эффективного подавления шумов правомерно предположить, что рабочие характеристики векторно-скалярной приемной системы, использующей предложенный алгоритм обработки, будут намного лучше, чем у скалярной антенны, что позволит обнаруживать малошумные источники на бульших расстояниях и с бульшей точностью.