SAVSTMV波束形成算法研究

矢量阵常规波束形成(Vector array Conventional Beam Forming,VCBF)能够消除普通单线阵左右舷模糊现象,但VCBF波束宽度受到"瑞利限"的限制,不能分辨同一波束内的多个目标。矢量阵导向最小方差(Vector array STeered Minimum Variance,VSTMV)波束形成算法是一种宽带自适应波束形成算法,具有高分辨力和抗干扰性能。VSTMV波束形成直接在阵元域进行,计算量较大且稳健性差,不利于实时实现和应用。提出一种分子阵VSTMV波束形成算法(Sub-Array Vector array Steered Minimum Variance,SAVSTMV),可有效降低计算量,算法稳健性更强。通过理论研究和仿真计算,证明该算法比矢量阵常规波束形成算法具有更好的性能,有利于实际应用。     

超波束(HBF)用于波束锐化

介绍了一种波束锐化技术,即超波束形成技术（Hyper Beamforming,HBF）,可以在减小波束宽度的同时抑制旁瓣,提高目标检测性能及方位估计能力。该方法结合常规空间加权可以进一步降低旁瓣,从而可以利用较小规模的基阵尺寸,实现大基阵的检测性能。文中给出了恒定束宽HBF实现所需系数,并将该方法应用于CW及FM信号处理,给出了预期的仿真结果。     

基于高阶矩阵函数的广义逆波束形成改进算法

广义逆波束形成是一种高效的声源识别定位方法,然而其计算稳健性易受随机噪声影响,阻碍了其声源识别动力学水平进一步提高。为改善广义逆波束形成声源识别方法的稳健性,基于高阶矩阵函数提出一种广义逆波束形成改进算法:定义了基于广义逆波束形成的正则化矩阵;对正则化矩阵与波束形成输出进行迭代运算;利用高阶矩阵函数对迭代求解所得广义逆波束形成输出的互谱进行优化。通过数值仿真详细分析了声源频率对波束形成矩阵函数阶次取值的影响,得到阶次的最优取值区间。最后通过数值模型和实验算例对单极子与相干声源进行定位识别,结果表明:改进算法在准确识别声源基础上能有效抑制旁瓣干扰,且具有更高的声源识别精度。     

基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法

为了提高双线阵聚焦波束形成在阵元数少或频率低时的定位精度,文章研究了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。首先在测量区内对双线阵接收信号进行球面波补偿,给出噪声源分布的声图信息。然后根据阵型的参数,计算双线阵的指向性函数。最后利用一种适用于移变阵列的二维扩展R-L反卷积算法,对声图波束输出和双线阵的指向性函数做反卷积,求解基于反卷积波束形成的源的分布。该方法旁瓣更低,分辨力更高,有效提高双线阵聚焦波束形成的定位精度和左右舷分辨能力,为后续的减振降噪、噪声检测等工作提供了参考。     

超波束处理在被动声纳频谱分析中的应用

超波束技术(HBF)作为一种新的高分辨力波束形成方法,在阵列尺寸一定的条件下,能够同时降低主波束宽度和旁瓣,从而提高目标检测能力和定位精度.但超波束输出丢失了信号相位信息,无法进行侦听和频谱分析等后置处理.对常规HBF进行了改进,利用HBF输出对常规的波束形成(CBF)进行加权,在保证高分辨力和低旁瓣的同时,又保留了波...     

基于SOC规划的稳健盲波束形成算法

通过限制估计的方向向量与真实的方向向量之间的误差范数的边界,提出了一种基于二阶锥（Second Order Cone,SOC）规划的稳健四阶累积量盲自适应波束形成算法。该算法相较于采用传统对角加载技术的高阶累积量盲波束形成算法和WCPO-RCUM算法而言,进一步提高了稳健性和输出信干噪比。计算机仿真实验表明,该算法具有很好的稳健性。     

一种有效抑制阵列后方声源的心形指向性传声器阵列

基于心形指向性传声器的波束形成可以有效抑制阵列后方声源的干扰,提高前方声源的识别精度。以平面轮形传声器阵列为对象,借助MATLAB仿真计算,对阵列后方声源波束形成声源识别特性及其抑制方法进行研究。基于除自谱的互谱波束形成算法提出了含有传声器指向性的波束形成算法,对圆形和心形指向性传声器进行不同声源类型的波束形成仿真计算,并针对仿真结果显示出的不足,给出了既能保证阵列平面上最大声压贡献量的识别精度,又能降低旁瓣水平的幅值校正算法。试验结果证明了基于心形指向性传声器的波束形成可以有效抑制后方声源。     

基于模糊层次分析的空间谱估计性能评价方法

在已经形成的多种空间谱估计方法中,为根据需求选择最优算法,建立了一种基于模糊层次分析的空间谱估计性能评价方法。从空间谱估计方法的处理性能和可实现性角度建立一种具有层次结构模型的性能评价准则,对各项性能评价指标做属性值规范化和权重系数模糊化处理,得到各评价指标的评价得分,累加得到处理算法性能量化评价的综合判决结果。基于仿真试验和某次海试试验结果,对常规波束形成(Conventional Beam Forming,CBF)、最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortion Response,MVDR)、多信号分类(Multiple SIgnal Classification,MUSIC)三种空间谱估计方法进行评价,在较高输入信噪比和弱化计算量条件下,MUSIC为评价最优算法。试验结果表明,此评价方法可以按需求实现最优空间谱估计方法的选择。     

单向水听器及其在波束形成中的应用

提出常规反向波束形成技术,构建了单向水听器,并探讨其应用于阵列波束形成的可能性。系统地构建单向水听器模型,导出常规反向波束形成技术,证明得到其空间响应单指向性的存在条件,其指向性指数在3~4.8 d B范围内。以单向水听器为基元构建标准线列阵进行常规波束形成,并与全向水听器比较,理论证明了使用单向水听器能够为线列阵提高3~4.8 d B的指向性指数。仿真实验结果验证了单向水听器自身具有心脏形空间响应、3~4.8 d B的指向性指数和空间响应的宽带一致性等三种特性,使用单向水听器能够在主瓣宽度不变的同时降低旁瓣级、提高指向性指数、保持良好的稳健性。因此,提出的常规反向波束形成技术是一种构建单向水听器的有效方法,在阵列波束形成中使用单向水听器是可行的、有利的。     

稳健的波束优化设计及FPGA实现

在分析二阶锥规划(Second-Order Cone Programming,SOCP)算法的基础上,设计了声呐阵列并采用SOCP方法对其波束图进行了优化;根据SOCP的波束优化设计方法,设计了基于FPGA的16元均匀圆阵的波束形成器。目的在于提高波束优化设计的稳健性以及信号处理系统的运算实时性、运算精度等。对FPGA波束形成器的仿真性能进行了分析,主要分析了以下两个方面:首先分析了当权值位数不同时对波束形成器输出的影响,其次分析了波束优化设计方法的抗阵列流形误差的性能。仿真设计结果和实验表明本文方法的有效性。二阶锥波束优化设计的波束图有着良好的稳健性,采用12位权值的FPGA波束形成器,抗阵元位置误差性能也比较好。     

参量阵声源波束宽度影响因素分析

波束宽度是衡量参量阵声呐性能的重要技术指标之一,在设计时应该对其正确掌握,以保证整机性能.文章以圆形活塞换能器形成的参量阵声场为例,利用维斯特维尔特(Westervelt)理论和Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov(KZK)方程分别计算了参量阵声场波束宽度,通过试验验证了KZK数值计算用于分析波束宽度的准确性及对远近场的适应性,并指出利用Westervelt理论计算参量阵声源波束宽度的不足。然后通过仿真,分别分析了频率、吸收系数、阵长与参量阵波束宽度间的关系,并从物理意义上解释了阵长对参量阵声场波束宽度的影响。     

一种波束域主模式抑制算法

针对阵元域主模式抑制（Dominant Mode Rejection，DMR）算法在阵元数增加时运算量急剧增大和阵元间隔失配时其稳健性降低这两个问题，提出了一种波束域DMR（Beam-space Dominant Mode Rejection，BDMR）算法。该算法把DMR算法从阵元域空间转换到波束域空间，实现降维运算，在保留原算法性能的同时，具有更快的运算速度和更好的稳健性。通过仿真试验，验证了该算法的有效性。     

Scintillation optimization of linear Gaussian beam array propagating through weak turbulence

The analytical expression for the scintillation index of the linear Gaussian beam array propagating through weak turbulence in the horizontal path is derived, where the coherent combination is considered. By simulating this expression, the on-axis scintillation index of the linear Gaussian beam array is investigated. The results indicate that the beam number could be optimized to reduce the scintillation index of the uniformly-spaced linear beam array, and the optimum beam number decreases with the separation distance between the adjacent beams increasing. With a given beam array length, the scintillation index of the non-uniformly-spaced linear beam array in the far field can be reduced by symmetrically adjusting the locations of the inner beams.     

圆阵双基地声纳直达波抑制技术研究

以圆阵为双基地声纳接收阵列流形,提出了一种新的基于多重信号分类(MUSIC)技术的波束形成及零点抑制算法。在理论分析了第一类零点约束条件的基础上,提出了第二类零点(高阶零点)约束条件。给出两类零点约束条件干扰抑制能力的比较。仿真结果表明,该算法可有效接收目标回波信号且屏蔽直达波强干扰。讨论干扰达波方向(DOA)与阵元数对算法直达波抑制能力的影响,以及多源干扰条件下算法的干扰抑制能力。     

一种运用倾角传感器的阵形修正算法

垂直水听器阵在实际海洋环境中通常呈现出一定的倾斜状态,各阵元之间存在水平相对位移,对其性能带来很大影响.为了消除阵倾斜带来的影响,提出了一种运用倾角传感器进行阵形修正的算法.具体实现步骤为,首先用多个倾角传感器测得垂直阵上不同位置的倾角,然后通过求解线性方程组以及傅里叶级数分解的方法,利用倾角数据拟合出阵形的函数曲线,...     

Uncoiler Assembly of Main Shaft and Segment Flate Finite Element Analysis

At present,the main method of finite element on the uncoiling machine main shaft or segment flate analysis is simplified equivalent to a separate analysis of various conditions,but this method is compa...     

固态拖线阵和液态拖线阵的试验分析

拖曳线列阵声纳以低频、大孔径等特点而受到关注。作为湿端的主要组成部分,拖线阵的发展也比较迅速。由于应用较早,液态拖线阵技术已经比较成熟。相比于液态拖线阵,固态拖线阵具有自身的特点,因此近年来对固态拖线阵的研究也逐渐增多。为了比较两种成阵工艺对拖曳线列阵性能的影响,进行了湖试,通过对湖试数据进行分析,比较两种拖线阵中阵元一致性和拖线阵波束形成性能的差异。结果表明,在阵元一致性方面,液态拖线阵和固态拖线阵的性能基本相似;在波束形成性能方面,静态时两者性能无明显的差别;在拖曳状态下,固态拖线阵对拖曳时产生的噪声敏感性低,因而具有更好的波束形成性能。     

带障板水听器基阵阵列流形的边界元计算及验证

建立一种复杂结构水听器基阵阵列流形计算模型。该模型运用声场计算的边界元方法,通过计算任意散射体表面声场分布,求出基阵阵元位置处声场响应,进而得到基阵阵列流形;基于该阵列流形,运用波束设计方法求出阵元权值,分别利用实测和理论阵列流形得到基阵实测波束以及理论波束。针对安装在半球形硬质铝壳体上的圆弧阵进行的水池实验,实验结果表明实测阵列流形和基于边界元方法的计算结果基本吻合,实测波束和理论波束相差不大,并且性能均优于按无指向性点接收器经相位补偿后相加所得到的波束。     

单层二氧化铪（HfO2）薄膜的特性研究

利用电子束蒸发、离子束辅助沉积和离子束反应溅射三种制备方法制备了单层HfO2薄膜,对薄膜样品的晶体结构、光学特性、表面形貌以及吸收特性进行了研究。实验结果表明,薄膜特性与制备工艺有着密切的关系。电子束蒸发和离子束反应溅射制备的薄膜为非晶结构,而离子束辅助制备的薄膜为多晶结构。电子束蒸发制备的薄膜折射率较低,薄膜比较疏松,表面粗糙度较小,吸收相对较小,而离子束辅助以及离子束反应溅射制备的薄膜折射率较高,薄膜的结构比较致密,但表面粗糙度较大,吸收相对较大。不同制备工艺条件下薄膜的光学能隙范围为5.30～5.43eV,对应的吸收边的范围为228.4～234.0nm。