兼顾远场和近场性能的便携式三维声纳设计

为了降低三维成像声纳系统的复杂度,并保证系统在整个水下探测范围内具有准确的波束图,提出兼顾远场和近场性能的便携式三维成像声纳设计方法. 该设计采用十字型阵列实现三维声纳成像,相比平面阵,极大降低了硬件复杂度,设备灵活轻便. 针对发射阵列,提出近场条件下的多频发射波束形成算法,根据十字型阵列的景深划分多个发射聚焦区间,并通过菲涅尔近似,配置各聚焦区间的时延参数,保证近场的波束性能. 针对接收阵列,提出优化的CZT (chirp zeta transform) 波束形成算法,可实现远场和近场条件下的快速波束形成,且计算量低于其他波束形成算法. 仿真实验表明,在近场聚焦区间内,该算法的角度分辨率和旁瓣高度变化差异较小,波束图性能稳定. 实际水下实验证实该设计可以在探测场景内获得清晰的水下三维图像.     

采用分布式并行子阵波束形成的水下三维成像

针对水下三维声纳成像技术因计算负载过大而无法满足实时性需求的问题,提出一种频域分布式并行子阵波束形成算法. 基于大规模二维方形平面换能器阵列,将全面阵分解成两级分布式子阵.所有一级子阵采用并行计算架构,同时进行并行波束形成;一级子阵和二级子阵之间采用流水线分布式计算架构,在二级子阵中计算得出波束强度值.基于Matlab软件对该算法进行仿真测试,并与传统波束形成算法相对比.综合考虑主瓣宽度、旁瓣峰值、内存需求量和计算需求量4个参数,给出最合理的子阵分解方法.结果表明：该算法可以实现水下三维声纳成像,并且符合工程实践的实时性需求.     

基于子带SDL的宽带抗干扰恒定束宽波束形成

针对宽带恒定束宽波束形成通常需要大量阵元或延迟线所带来的硬件开销较大,并且抗干扰效果较差的问题,提出一种基于子带阵元延迟线(SDL)的宽带抗干扰恒定束宽波束形成算法。该算法通过建立子带SDL模型,利用子带滤波器组将阵元接收信号进行分解与重构,基于约束最小二乘算法进行子带抗干扰恒定束宽波束形成,并将滤波器组的冲击响应直接作为优化参量,可有效降低分解与重构产生的误差。为了衡量阵列响应的波动程度,提出归一化波动程度的概念。仿真结果表明,子带波束形成器具有比全带波束形成器更好的频率不变性和抗干扰能力,而且可以大大降低硬件开销。     

-种改进的波束空间自适应波束形成算法

在数字阵列雷达中,自适应波束形成（ADBF）算法常被用来抑制副瓣干扰.针对当阵元数较多时ADBF算法运算量很大问题,采用子阵空间或波束空间的方法进行降维处理.通过引入部分自适应阵方法对经典波束空间自适应波束形成（A一ADBF）算法进行了改进,改进后的算法不仅具备波束空间和子阵空间算法的优点,而且更加适合工程实现.仿真结果表明,该算法能有效地在干扰方向形成零点.     

一维子阵自适应数字波束形成算法研究

在现代雷达系统中,相控阵雷达是其非常重要的发展方向,其中的自适应数字波束形成技术则是相控阵雷达的核心技术.自适应数字波束形成的核心问题是对期望信号的有效接收,但对干扰信号的抑制则是通过调整各个阵元的权值来实现的.由于大型相控阵天线的阵元数目比较多,如果在阵元级进行自适应数字波束形成,则硬件系统复杂.为解决这个问题,可利用子阵级自适应数字波束形成的方法,即每个子阵利用一个接收通道.因此,可在低副瓣的基础上,使子阵自适应波束形成.通过仿真可知:阵元幅度加权可以很好地降低副瓣;可解决均匀非重叠子阵的幅度加权产生的栅瓣问题;子阵级自适应数字波束形成具有很好的抗干扰性能.     

声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法

和阵元域处理相比，波束域处理具有计算量小，分辨信噪比门限低的优点．同时，声矢量传感器拾取了更多的声场信息，联合处理这些信息可以提高声呐的性能．把声压阵的波束域高分辨算法的思想和相干子空间方法(CSM)的思想引入到声矢量阵列信号处理，在Michael Zoltowsk提出的矢量阵的数学模型的基础上推导出了声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，并作了计算机仿真研究，仿真的结果表明：基于矢量阵的波束域宽带聚焦MUSIC、算法无论是在分辨信噪比门限还是在角度分辨能力上都要优于声压阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，而二者的计算量相当，和矢量阵阵元域宽带聚焦MUSIC算法相比，矢量阵波束域处理的计算量要远远小于阵元域处理。     

基于稀疏阵列技术的MIMO声呐低运算量二维成像

为了降低多输入多输出(multiple-lnput multiple-output,MIMO)声呐二维成像系统的运算量,提出了稀疏阵列和MIMO声呐相结合的低运算量二维成像方法。在MIMO声呐的虚拟接收阵列为矩形平面阵的前提下,使用模拟退火算法(simulated annealing,SA)对该虚拟矩形平面阵的阵元位置和加权系数同时优化,在保持期望波束性能的前提下大量减少其虚拟阵元数目;根据虚拟接收阵元与匹配滤波器一一对应的关系,移除掉与关闭虚拟阵元所对应的匹配滤波器;对保留匹配滤波器的输出信号进行波束形成等处理,获得目标的二维强度图。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于波束空间的SAR阵列天线波束展宽方法

针对合成孔径雷达（SAR ）天线设计过程中,难于获得均匀幅度和较宽的照射区域,实现灵活多变的波束变换的问题,提出一种基于波束空间阵列天线波束展宽的方法.通过将平面阵列天线分成多个子阵列,以子阵列为单位设计出基本波束,再通过幅度和相位加权使各子阵波束在空中实现同相移位叠加,从而实现波束覆盖区域的控制.由于各子阵可作为基本单元来处理,只需对各子阵实行加权,即可极大地降低阵列导向矢量的数目,能灵活地设计各种波束图,实现指向控制和干扰抑制.仿真实验的结果证明了该方法的正确性和有效性.它可用于单波束发射多波束接收(SIMO)与多波束发射多波束接收（MIMO）等新的SAR成像体制中.     

基于自适应算法的三维波束赋形技术

为了针对每个移动终端进行动态的三维波束赋形,使三维波束主瓣对准期望用户并且在干扰用户方向形成零陷,构建了均匀平面阵的二维阵列信号模型,研究了基于最小均方误差算法的全局自适应算法,并在此基础上提出了基于降维的局部自适应算法. 2种自适应三维波束赋形算法可以动态地调整阵列单元的权值,自适应地改变天线阵列的方向图,为用户提供实时的跟踪服务. 仿真结果表明,在一定数量的阵列天线单元的条件下,2种算法均可以实现针对期望用户的自适应三维波束赋形.     

基于CIES-CA的水声阵列多目标方位估计技术

为了使用较少阵元数的水声阵列实现多目标方位估计,本文针对基于子阵间距压缩的互质阵列进行研究分析。利用子空间分类算法与虚拟阵元法,在考虑阵列误差的情况下分析多目标方位估计性能。通过数值验证,在低信噪比、高阵列误差的情况下,基于子阵压缩的互质阵性能明显优于均匀直线阵与原型互质阵,且压缩倍数越大性能越高。     

基于最优宽带性能的相控阵设计研究

针对现阶段对具有宽带信号接收能力相控阵的需求,提出了一种最优宽带性能的阵列设计方法。首先总结出均匀型子阵系统子阵数与阵列宽带特性之间的规律,然后在充分考虑子阵数、延时器及移相器量化精度、旁瓣电平及主瓣偏移和工程实用性的条件下,对粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)进行改进并将其应用于阵列不均匀划分的优化中,得到了一种最优宽带性能的子阵划分方式。仿真验证表明,与均匀划分阵列相比,相控阵采用优化后的子阵划分方式并结合子阵级实时延时器技术,可以有效提高阵列瞬时工作带宽。最后总结文章方法和均匀型子阵系统实现阵列宽带扫描方法的优缺点。     

空域抽样与相干因子融合的超声阵列自适应波束形成算法

针对超声成像中自适应波束形成算法计算效率低的问题,提出了一种基于空域抽样与相干因子融合的自适应波束形成算法。该方法通过分析阵列数据波束图,推导出不同阵元数目下的最大抽取因子,将阵列中所有阵元接收的数据按最大抽取因子进行空域等间隔抽样,得到阵元稀疏后的回波数据,减少了采集数据量。将空域抽样数据输入波束形成器,计算其协方差矩阵,再将协方差矩阵构造为Toeplitz矩阵,结合最小方差原理从构造的Toeplitz矩阵计算出抽样数据的自适应加权值,为了改善空域抽样数据自适应加权后成像质量下降的问题,引入相干因子对自适应加权值进行修正,以突出抽样数据中的有效信息,抑制干扰成份,从而提高了空域抽样数据的成像质量。该算法在保证成像质量的同时,减少了采集数据量,并降低了计算复杂度,有效提高了算法的时效性。通过在试块上对裂纹和横通孔缺陷仿真成像,结果表明该方法与常规最小方差波束形成方法相比,成像时间平均减少85%以上;与融合相干因子的最小方差波束形成算法相比成像运算时间平均减少86%以上。在相同的空域抽样条件下,该方法成像效果优于其他算法。     

一种改进的波束空间自适应波束形成算法

在数字阵列雷达中,自适应波束形成(ADBF)算法常被用来抑制副瓣干扰.针对当阵元数较多时ADBF算法运算量很大问题,采用子阵空间或波束空间的方法进行降维处理.通过引入部分自适应阵方法对经典波束空间自适应波束形成(A-ADBF)算法进行了改进,改进后的算法不仅具备波束空间和子阵空间算法的优点,而且更加适合工程实现.仿真结果表明,该算法能有效地在干扰方向形成零点.     

锥面共形阵列极化-DOA估计的降维MUSIC算法

针对传统MUSIC(multiple signal classification)算法在锥面共形阵列极化-DOA(direction of arrival)参数联合估计过程中计算复杂度较高的问题,利用单极化阵元构造极化敏感锥面共形阵列,并建立阵列接收信号模型.通过构造同极化接收子阵,将导向矢量中空域信息和极化域信息去"耦合",在考虑阵元遮挡效应的条件下,结合秩损原理实现了基于降维MUSIC算法的极化-DOA多参数估计,减小了极化-DOA参数估计的计算量.通过计算机仿真证明了方法的有效性.     

微波综合脉冲孔径雷达方向图综合研究

结合MIMO雷达多发多收的特点,建立了微波综合脉冲孔径雷达(SIAR)的阵列模型,并提出该阵列的一种实现方案:发射阵采用稀布子阵集,接收阵采用密布子阵的形式．在固定子阵数目和保证阵列孔径的条件下,利用联合选择和两倍交叉的修正遗传算法对这种双基地SIAR平面阵的子阵位置进行优化,以降低方向图的旁瓣电平．仿真结果表明该方法提高了搜索速度,合成阵列方向图最大峰值旁瓣电平可达到-31.1dB,满足工程需要．     

三维声纳频域波束形成算法的优化及实现

为了对三维声纳频域波束形成算法进行优化,提出了一种算法的优化方法。利用声纳回波信号的位移矢量分解与合成原理,推导出波束强度与相应方向角的数学关系式,进而使算法得到优化,并对优化的波束形成算法进行了仿真。同时,给出了实现此算法的两种数据通路,并对其内存需求量和计算量进行了分析。最终在XilinxISE环境下,在现场实现可编程门阵列(FPGA)上对该两种数据通路进行了仿真,并列出了相应的资源利用情况。优化后的算法不仅可以得到与传统算法相同的波束强度矩阵结果,而且减少了存储相移参数所需的内存空间。     

主瓣伴随干扰下数字子阵雷达和差波束测角方法

针对数字子阵体制雷达在强主瓣干扰存在情况下弱目标的到达方向DOA估计问题，提出了一种和差波束测角方法。首先，建立了多子阵和差波束结构下的主瓣干扰与目标回波的接收模型。然后，根据目标回波与干扰信号在时域上的不相关特性，对每个子阵列采用盲源分离算法分离目标回波与干扰信号，进而联合各子阵分离的目标回波/干扰信号，采用单脉冲测角技术实现目标/干扰DOA估计。最后，通过数值仿真实验验证了分析算法的有效性及性能。     

阵列天线的三维波束赋形技术及其Matlab实现

为了利用垂直维度的空域资源进行三维波束赋形,提高终端接收信号的信干噪比和系统容量以及系统能量效率,实现绿色节能的通信,对均匀平面阵列天线的三维波束赋形技术的基本原理进行了研究. 波束在垂直方向的角度分辨率直接影响着垂直维度的空域资源利用率,通过Matlab仿真分析了不同因素对垂直方向角度分辨率的影响. 仿真结果表明,水平角度对垂直方向的角度分辨率基本没有影响,随着俯仰角的增大,均匀平面阵在垂直方向的角度分辨率明显降低,但可以通过增加阵元的数目提高垂直方向的角度分辨率,实现对特定目标方向有效的三维波束赋形.     

嵌套阵的疏密子阵融合波达方向估计方法

为有效利用嵌套阵包含疏密子阵的几何结构以提高估计性能,本文提出一种在2子阵上分别测向再融合的波达方向估计方法。通过理论分析和实际案例阐明融合嵌套阵的两子阵测向结果可以消除信源角度估计模糊,且不会出现互质阵解模糊时伴随的匹配错误。利用无需谱峰搜索的求根多重信号分类方法在嵌套阵2子阵上求解测向结果,若稀疏子阵间距为N倍半波长,推导出对其复根开N次方可获含模糊角的高精度估计,再结合最小方差准则与精度较低但无模糊的密集子阵测向结果进行融合,最终得到高精度的波达方向估计。与嵌套阵已有算法相比,该算法提高了波达方向估计精度和分辨率,由于无需2子阵协方差降低了计算量,且能够支持嵌套阵的分布式配置。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

一种低复杂度的稳健宽带SDL波束形成算法

针对存在期望信号指向误差时宽带波束形成性能下降等问题,提出一种基于最差性能准则和空间响应变化(SRV)的稳健阵元延迟线(SDL)宽带波束形成算法。该算法首先建立SDL宽带阵列模型;然后基于最差性能准则,设置多个约束条件,并通过对阵列波束波动附加离散SRV约束,用一参考频率上的约束条件代替一组不同频率上的约束条件;最后将稳健宽带波束形成问题转化为二阶锥规划问题,利用内点法有效求解。仿真实验表明,存在期望信号指向误差的情况下,该算法具有较好的稳健性,恒定束宽性能良好,且计算复杂度较低。