頻差對(duì)方向圖綜合的影響及解決方法

　　2 實(shí)驗(yàn)仿真

　　該實(shí)驗(yàn)利用SIMULINK 平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，采用5 部發(fā)射機(jī)，音頻信號(hào)頻率為300 Hz，幅值為2，載頻中心頻率為f0=10 MHz，其誤差范圍為± 30 Hz。設(shè)方位角為α=π/6，各調(diào)頻發(fā)射機(jī)載頻均為10 MHz 時(shí)，其方向圖如圖3所示，此時(shí)，主瓣增益達(dá)到16.25 dB。

圖3 載頻相同時(shí)的方向圖

　　而當(dāng)載頻各不相同，fi=107 +[-20,-15,15,20,30]Hz 時(shí)，其方向圖如圖4 所示，此時(shí)，主瓣增益只有13.3 dB，而且旁瓣電平也達(dá)到了12.1 dB，主瓣功率明顯降低。通過SIMULINK仿真，得知各發(fā)射機(jī)載頻偏差在±6 Hz 范圍內(nèi)時(shí)，得到的陣列方向圖是可以接受的。

圖4 載頻各不相同時(shí)的方向圖

　　在信噪比SNR = 45 dB時(shí)，利用這里介紹的頻率估計(jì)算法進(jìn)行運(yùn)算后，得到頻率的估計(jì)值^i f =1e7+[-18.5，-15.6，14.8，21.3，28.8]Hz，然后以第一路信號(hào)載頻為參考進(jìn)行頻偏校正，得到如圖5 所示的方向圖，可以看出，基本上與圖3 相吻合，達(dá)到了相位補(bǔ)償?shù)哪康摹?p>

圖5 相位補(bǔ)償后

　　3 結(jié)語

　　這里利用DFT 最大值譜線及與其相鄰兩根譜線系數(shù)的實(shí)部（或虛部）進(jìn)行插值得到頻率估計(jì)值。插值時(shí)此算法先對(duì)幾根譜線DFT 系數(shù)的實(shí)部和虛部的大小進(jìn)行比較，實(shí)部大于虛部時(shí)利用實(shí)部進(jìn)行插值，反過來則利用虛部進(jìn)行插值，從而減少了噪聲的影響并提高了估算精度。理論分析和仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性，然后利用數(shù)字振蕩器對(duì)載頻進(jìn)行頻偏校正，使各個(gè)發(fā)射機(jī)的載頻基本相同，得到了比較好的陣列方向圖，實(shí)驗(yàn)仿真證明此方法是可行的。

　　利用FFT 主瓣內(nèi)兩條最大譜線進(jìn)行插值可以提高基于FFT 的頻率估計(jì)方法的精度，但實(shí)際應(yīng)用中能夠達(dá)到的精度受噪聲的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理想情況下得到的結(jié)果。另外，此頻偏校正方法只是停留在仿真實(shí)驗(yàn)階段，沒有進(jìn)行工程上的實(shí)踐，可能會(huì)存在理論仿真與實(shí)際的差異，比如：對(duì)參考信號(hào)的獲取，即對(duì)射頻采樣，實(shí)際情況是需要附屬電路，即耦合器及其匹配電路，電路比較復(fù)雜，而且也會(huì)對(duì)信號(hào)采樣造成額外的干擾；另外，在頻率估計(jì)時(shí)，信噪比要達(dá)到45 dB 時(shí)才會(huì)有比較高的精確度。因此，需要進(jìn)行實(shí)際的工程操作，以進(jìn)一步驗(yàn)證方法的可行性。