在數字掃描聲吶的信號處理全流程中,波束形成是最核心、最關鍵的環節,沒有之一。
這個結論的核心依據是:波束形成直接決定了數字掃描聲吶的 “核心能力"—— 空間分辨能力、掃描效率和抗干擾性能,而其他步驟都是為了輔助波束形成更好地發揮作用,或對波束形成后的信號做進一步優化。具體原因如下:
它是電子掃描的實現基礎數字掃描聲吶的核心優勢之一,是
用電子掃描替代傳統機械掃描,實現快速、無磨損的全向 / 扇形掃描。而波束形成的本質,就是通過對換能器陣列各單元接收信號的
相位和幅度加權控制,讓聲吶波束 “電子轉向"—— 無需轉動換能器本體,就能覆蓋預設的掃描范圍。
沒有波束形成,數字掃描聲吶就退化為普通的單波束聲吶,失去 “掃描成像" 的核心功能。
它直接決定空間分辨精度聲吶的角分辨率(區分兩個相鄰目標的能力)wan全由波束形成的效果決定。通過精確校準陣列單元的信號延遲,波束形成可以合成
極窄的接收波束—— 波束越窄,角分辨率越高,越能清晰區分近距離并排的兩個目標(比如水下管道的焊縫和管壁)。
反觀其他步驟(如前置放大、TGC、CFAR),只能優化信號的 “清晰度",但無法提升空間分辨的 “精度上限"。
它是zui強的空間濾波手段波束形成不僅能合成指向性波束,還能對非目標方向的干擾信號(如洋流噪聲、其他設備的聲波干擾)進行
抑制和抵消—— 目標方向的信號因相位同步而疊加增強,干擾方向的信號因相位雜亂而相互抵消。
這種 “空間濾波" 的效果,是傳統的頻域濾波(如帶通濾波)無法bi擬的,尤其在復雜水下環境中,波束形成是保障目標信號不被干擾淹沒的關鍵。
它是后續信號處理的前提脈沖壓縮、CFAR 檢測、目標參數提取等步驟,處理的都是
波束形成后的聚焦信號。如果波束形成效果差,信號信噪比低、目標方位模糊,后續步驟再優化也無法 “無中生有" 地提取有效目標信息。
其他關鍵步驟的定位
時間增益補償(TGC):保障不同距離目標的信號強度均衡,是 “基礎保障",但不決定核心性能。
脈沖壓縮:提升距離分辨率,是 “性能增強項",需配合波束形成才能發揮zui大作用。
恒虛警率檢測(CFAR):剔除虛警,是 “精準篩選項",依賴波束形成輸出的高質量信號。
簡單總結:波束形成是數字掃描聲吶信號處理的 “靈魂",其他步驟都是為它服務的 “配套環節"。