宽带多普勒流速剖面仪移相波束形成适用条件分析

贾宽宽，景永刚，许伟杰

（1.中科院声学研究所东海研究站，上海 201815；2.中国科学院大学，北京 100049）

0 引 言

伴随着我国逐步走向远海、深海战略的制定，水下导航需求趋向多样化、独特化，对多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP）提出更高的要求[1-2]。ADCP发射信号有窄带和宽带两种形式，宽带多普勒流剖面仪（Broadband Acoustic Doppler Current Profiler,BBADCP）使用伪随机编码信号，极大减小了测层厚度和单次测量方差，回波数据质量高，相比窄带多普勒流速剖面仪（Narrowband Acoustic Doppler Current Profiler,NBADCP）具有更高的测速精度[3-4]。在换能器方面，相控阵技术通过调整相位使阵列具有特定指向，指向角度灵活，安装平台占用空间小，在相同性能的要求下，不存在Janus结构尺寸大、波束角度调整不便等问题。相控技术主要有时延和移相两种实现方式，移相的本质是时延。对于窄带信号，移相和时延没有区别，且移相在工程中实现更为简单，但若在宽带信号中采用移相形成波束会带来误差。Brookner[5]在较早期已经对线性调频信号在阵列中的脉宽失真现象进行了研究，Haupt等[6]、Wang等[7]、Schediwy等[8]对相控天线的“色散”以及波束斜视造成的增益损失进行分析，并对相位误差带来的波束正向增益和指向偏移不确定性影响开展了研究。Moosbrugger等[9]对平面阵波束转向的误差情况进行了分析，Wen等[10]从方向图计算公式的参数出发，对雷达的线阵和面阵波束误差进行分析。

从雷达的相关研究可以看出，信号带宽以及移相的误差均会对波束形成产生影响，值得注意的是：相比于雷达信号GHz、MHz的量级，水声中使用的BBADCP发射信号基本在kHz的量级，其带宽远小于雷达信号。……