空域预滤波的稳健自适应波束形成方法

假定的期望信号方向向量与真实信号方向向量存在误差时,常规自适应波束形成性能将严重降低,针对该问题,提出了一种稳健的自适应波束形成算法.首先利用凹槽空域矩阵滤波器对基阵接收数据进行空域预滤波,消除协方差矩阵中的期望信号分量,然后重构协方差矩阵同时反变换到阵元域,再用重构的协方差矩阵形成自适应波束权向量.由于方法消除了期望信号分量的影响,极大地提高了自适应波束形成算法对系统误差的稳健性.计算机仿真验证了所提方法的有效性.     

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。     

被动拖曳线列阵机动过程中的频域宽带波束形成

为了进一步提高拖曳线列阵水下工作性能,首先通过对拖曳线列阵机动(转弯)过程建模,并根据所建模型计算出各阵元的实时位置,再推导畸变阵的频域宽带波束形成,并通过仿真实验对该畸变阵波束形成理论进行验证。同时,根据实际情况的偏差分析,比较估计阵形误差大小对目标检测效果的影响,并分析其在工程上的可行性。     

水下球面阵的多波束形成研究

首先建立了多阵元球面阵的简化模型,研究其多波束形成的特点,然后对实际模型进行实验研究,结果表明,由于各种误差的影响简化模型和实际模型有一定偏差,但在误差允许范围内,可以直接应用理想模型的权值对实际球面阵进行加权.     

基于洛伦兹锥规划的声矢量阵宽容自适应波束形成

针对矢量阵Capon波束形成对阵列误差尤其敏感这一不足,提出了运用洛伦兹锥规划(LCP,Lorentz Cone Pro.gramming)实现导向矢量范数约束来提高波束形成鲁棒性的方法.鉴于矢量水听器声压分量和振速分量对阵列误差敏感程度不同的特点,采用了"双线约束"的策略.将范数约束波束形成转化为LCP形式,通过内点...     

聚焦波束形成声图法误差分析

聚集波束形成声图测量方法可以实现近场目标的被动定位．利用该方法接收数据或进行数据处理的过程中必定会有各种误差产生,本文从聚焦峰尺度、阵元偏差、波长等方面对聚焦波束形成声图测量方法的影响进行了分析,经仿真研究与实验数据分析可以得出聚焦波束形成声图法受距离与波长的影响较大,但对于阵元的位置要求不高,利用该方法可以实现近程目标的高精度定位。     

随机相幅误差对舷侧阵MVDR波束形成器阵增益的影响

舷侧阵正常工作时,由于海洋环境比较复杂,以及每路水听器通道的传输特性不完全一致,使舷侧阵每一个水听器输出信号的相位和幅度叠加了一个随机误差。在作MVDR自适应波束形成时,该随机误差的存在将影响到基阵的阵增益,降低检测能力。仿真结果表明:幅度和相位误差的存在会降低MVDR波束形成器的阵增益,两类误差越大,阵增益就越小;输入信噪比越高,MVDR波数形成器的阵增益就越小。文中从统计学角度分析了随机相幅误差对协方差矩阵的影响,然后通过数值仿真得到阵增益的变化规律。     

被动定向浮标阵定位误差仿真分析

仿真分析了被动定向浮标阵为正三角形阵时,阵元间距等几种因素对利用最小二乘法解算目标位置精度的影响。仿真结果表明,在相同的位置误差和测向误差下,当目标在一定范围内时,阵元间距增大,定位误差增大,当目标位置超出该范围后,浮标阵定位误差急剧增大,阵元间距大的浮标阵定位误差反而小;在其它条件相同时,位置误差(测向误差)增大,定位误差增大。因此,为提高三角形阵的定位精度,应尽量提高浮标的测向精度和浮标位置精度;使用中应根据浮标性能和实际使用需求选取合理的布阵间距。     

基于高阶次Cross Sensor处理的波束形成方法

为得到鲁棒性、高分辨波束形成,提出了一种高阶次Cross Sensor处理方法。该方法依据阵元间协方差矩阵同一斜对角线上不同元素具有相同相位差的特点,对协方差矩阵进行M阶次Cross Sensor处理后可虚拟出近(2~M-1)(N-1)个虚拟阵元(N为原始阵元数)。虚拟阵元的增加可扩大线阵有效孔径,降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率。在Cross Sensor处理过程中,该方法对协方差矩阵同一斜对角线上不同元素进行了叠加运算,可进一步削弱噪声对波束形成的影响,提高了波束形成鲁棒性。数值仿真和海上试验结果表明,该方法既能有效降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率,又可削弱方位历程图干扰背景。相比已有的逆波束形成,该方法具有较好的方位分辨率;相比已有的基于AR模型的高分辨逆波束形成,该方法对最低门限信噪比的要求较低,方位估计均方误差较小。     

基于复包络提取的波束形成方法

结合带通信号的特性,提出了一种基于复包络提取的波束形成方法。首先,提取各阵元接收的信号的同相分量和正交分量;其次,分别对上述同相分量和正交分量进行相移;最后再对移相之后的同相分量和正交分量进行延时相加,从而形成入射方向的波束。该方法有效降低了波束形成器的输入和输出采样率以及数字处理的复杂度。     

Code-multiplexed optical scanner

A three-dimensional (3-D) optical-scanning technique is proposed based on spatial optical phase code activation on an input beam. This code-multiplexed optical scanner (C-MOS) relies on holographically stored 3-D beam-forming information. Proof-of-concept C-MOS experimental results by use of a photorefractive crystal as a holographic medium generates eight beams representing a basic 3-D voxel element generated via a binary-code matrix of the Hadamard type. The experiment demonstrates the C-MOS features of no moving parts, beam-forming flexibility, and large centimeter-size apertures. A novel application of the C-MOS as an optical security lock is highlighted.     

FFT幅相联合的快速高精度频率估计方法

快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）常用于信号频率估计,采用填零的方法可降低幅度谱频率搜索间隔的量化误差,但是会使频率估计的计算量成倍增加。本文提出了一种FFT幅相联合的快速高精度频率估计算法,首先利用信号采样的频谱序列和尾首样本差确定幅度谱及峰值位置,然后由频谱序列在幅度谱峰值位置和信号采样的尾首样本差来确定频率搜索间隔的量化误差校正值。因此,所提方法同时利用了幅度谱峰值的位置信息与相位信息。分析结果表明,与仅基于幅度谱搜索的FFT算法相比,所提方法的计算复杂度更低,且定位精度更高。     

多轴系耦合作用下齿轮系统转子裂纹故障的振动特性研究

为了探究多轴系耦合齿轮系统中的转子裂纹故障与单轴系转子裂纹故障振动响应特性的异同点,基于Jones轴承建模理论,建立滚动轴承的拟静力学模型;利用Timoshenko梁单元建立传动轴的有限元模型;考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、陀螺效应等因素,利用集中参数法建立齿轮副的动力学模型。将轴承、传动轴与齿轮副模型进行集成,建立齿轮系统非线性动力学模型;利用能量释放率理论与应力强度因子为零法分析裂纹转子单元的呼吸效应,利用Newmark-?数值积分法对转子裂纹故障进行动力学仿真,研究转子裂纹故障的振动响应特征。结果表明：与单轴系转子裂纹故障不同,当齿轮系统发生转子裂纹故障时,由于齿轮啮合的引起的耦合效应及转子裂纹引起的呼吸效应,时域响应表现出明显的幅值调制现象,频域中转频及其2倍频幅值增加明显,在啮合频率处伴有明显的边频带。研究结果为齿轮系统转子裂纹故障的监测与诊断提供了理论基础。     

解析型弹性地基Timoshenko梁单元

采用双参数弹性地基模型和Timoshenko深梁模型,建立了弹性地基一般梁挠度控制方程,求解得到了挠度方程解析通解,构建了双参数弹性地基深梁的挠度、截面弯曲转角及剪切角的解析位移形函数。建立了梁模型、梁基模型等两种势能泛函,利用最小势能原理,构造了两个双参数弹性地基深梁单元,给出了单元列式。分析表明:梁模型单元在均布荷载作用下误差为0.221%,非均布荷载作用下误差为0;梁基模型单元在均布荷载作用下误差为0,在两端集中力作用下误差为6.597%,在跨中集中力作用下误差为102.716%;同时,该文提出的双参数Timoshenko梁模型单元不存在剪切闭锁的问题。     

考虑齿距累积误差的人字齿轮系统动态特性分析

基于Timoshenko梁理论和有限单元法,引入时变啮合刚度和综合啮合误差,建立了人字齿轮系统动力学模型,研究了齿距累积误差对人字齿轮系统动态特性的影响。研究表明:齿距累积误差使动态传递误差出现显著的轴频成分和调制边频带。当负载扭矩较小时,边频成分大于啮合频率及其倍频成分,随着负载扭矩的增加,啮合频率及其倍频成分逐渐增强。当齿距累积误差相位不同时,人字齿轮系统将出现明显的轴向窜动现象。同时,齿距累积误差相位差对系统振动影响显著,通过调整相位差可以显著降低系统振动。研究结果可为人字齿轮系统低噪声设计加工与装配提供理论依据。     

科氏质量流量计振幅对零点影响

针对科里奥利质量流量计振幅改变引起零点漂移的问题,首先通过简化模型建立流量管的弯曲振动方程,求解两检测点的位移响应,得到零点相位差与振幅之间的线性关系;然后采集不同振幅下的传感器放大信号,编写过零检测算法,计算零点相位差,建立零点与振幅之间关系的直线,实验验证零点与振幅的线性关系;最后结合检定规程和零点计算结果,定性和定量地分析振幅改变引入的零点漂移导致的测量误差,结果表明,振幅改变越大,引入的测量误差越大,当流量为10 kg/min时,振幅改变10 mV引入的测量误差达0.727%。     

True beam smoothing in the fractional fourier transform domain

Abstract

The design of a diffractive optical element (DOE) for true beam smoothing in the fractional Fourier transform domain is described. Based on the Fresnel integrals, the intensity distribution on the output plane is calculated accurately and the discretization error of the spherical phase factor is avoided. The ‘fine design' of the DOE for true beam smoothing is completed with the sampling interval chosen as half of the traditional sampling interval. Simulation results show that the intensity at any point on the output plane fully meets the required demands, not just those sampling points used in the optimization.     

用Hartmann－Shack传感器测量激光束的波前相位

Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器已经用于自适应光学系统。它可以同时探测出一束光的振幅和相位信息。通过一个位置传感器，比如ＣＣＤ，它就可以成为一种对光学系统和光束的静态和动态质量诊断的有力工具。从Ｈ－Ｓ波前传感器的输出（波前斜率和近场强度分布），就可以推算出远场特点，如ＰＳＦ和ＯＴＦ。本文将介绍波前重构的理论分析和远场特征评估。同时也给出了光束质量的静态和动态的测量结果。     

高温灵敏系数标定影响因素分析

高温应变计是高温结构强度测试、疲劳测试和寿命评估的主要测量传感器,其灵敏系数测试的准确性影响高温应变测试中应变修正数据的真实性。对应变计灵敏系数原理进行分析,明确灵敏系数是应变计输出与应变之间的关系,对砝码加载四点式简支梁结构和纯弯矩钢架梁结构灵敏系数测量模型进行分析,确定产生标准应变的影响因素。常温灵敏系数标定的影响因素有试验梁尺寸、试验梁轴向力,实际灵敏系数测试结果表明简支梁灵敏系数略大,分散明显较大。高温下应变计的输出与载荷应变、应变计热输出、试验梁尺寸变化、弹性模量变化和摩擦力变化有关,对热输出消除方法进行探讨,理论上明确温度下简支梁尺寸变化、弹性模量变化误差高达22%,钢架梁的刚性封闭静态力学平衡系统的温度影响误差较小。利用自研框架式高温裸栅应变计、高温陶瓷胶,进一步用简支梁、钢架梁实际测试灵敏系数随温度变化验证了理论分析的正确性。