微动勘探波束形成与台阵响应特征

摘要

目前应用于微动勘探的波束形成算法主要有常规波束形成(CBF)和自适应波束形成(MVDR/Capon).常规波束形成算法简单清晰,鲁棒性强,分辨率仅取决于台阵结构;自适应波束形成算法分辨率高,波束形成器的权重函数依赖于输入数据,分辨率是数据相关的.采用波束形成器对单色平面波的波慢度及来波方向进行估算的准确性是判断算法是否优异的关键.首先,本文针对不同的台阵结构,求取两种波束形成器台阵响应函数(ARF),得出同一台阵结构,自适应波束形成器均优于常规波束形成器,并给出选择优越且经济台阵结构的建议.其次,采用自适应波束形成算法,模拟不同波长单色平面波通过圆形或嵌套圆形台阵,得出波长大于台阵孔径时,波束效果极好;小于台阵孔径时,波束形态中旁瓣能量有所增强,波束效果变差.随后模拟两列单色平面波从不同方位通过台阵,波束形成功率谱形态变得复杂,对波慢度及来波方向估算误差增大,甚至失效.最后,我们通过3个比较典型的实例,来说明自适应波束形成(MVDR/Capon)具有大测深,高分辨的优异性能.