声强向量阵的波束形成与检测原理研究

提出了基于声强向量阵的信号检测方法,分析了基于声压的常规与最优(超增益)波束形成的阵增益与指向性。基于互谱声强测量方法分析了声强向量阵在各向同性噪声中对声信号的检测与定向原理,得出了它相对于声压检测的时空增益。理论分析、计算机仿真和实验均表明了超增益波束形成与声强检测方法的有效性,且声强检测方法的运算量小,性能更为稳健。     

超指向性小孔径圆柱阵舰艇辐射噪声源分辨与测量方法

解决了舰船辐射噪声测量过程中采用大孔径基阵易受到水声信道影响及布放实施困难的问题。在该方法的研究过程中,提出了一种利用超指向性小孔径圆柱阵对舰船辐射噪声源进行分辨与噪声级测量的方法。该方法利用超指向性小孔径圆柱阵主瓣宽度较窄、增益较高的特点,可同时实现对舰船多个辐射噪声源的分辨与噪声级测量。首先建立了具有超指向性的圆柱阵波束形成理论模型;其次,推导了基于超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声测量的理论公式;最后,通过计算机仿真实验分析了超指向性小孔径圆柱阵舰船辐射噪声源分辨能力及噪声级测量性能。仿真结果表明:当阵元间距与波长之比小于0.5时,超指向性波束形成的指向性指数远大于常规波束形成,能有效分辨舰船低频辐射噪声源;该方法能有效地测量舰船低频辐射噪声级,并且测量误差较小。     

壳体声接收基阵噪声数值计算方法在优化检测性能中的应用

壳体声接收基阵的被动宽带检测性能是基阵优化设计的一个重要准则,然而优化过程需要波束形成器输出端噪声的先验信息.针对壳体声接收基阵承受近场离散噪声源干扰的问题,提出了一种数值计算基阵噪声响应的新方法,即利用边界元理论和SYSNOISE软件对噪声场进行数值计算,并将得到的波束形成器输出端噪声信息应用到提高基阵被动宽带检测性能的优化设计中.利用这种方法,一方面使得波束形成器输出端的噪声计算不再局限于基阵结构简单规则的情况,另一方面克服实际测量噪声场耗费大、不易推广等困难,使得壳体声接收基阵的宽带检测性能在其物理建造前就可以进行优化设计,获得良好的性能预报.以11元共形阵为例,对基阵各个阵元的噪声响应进行数值计算,并在此基础上对该共形阵进行基于提高被动宽带检测性能的优化设计.仿真结果表明,优化出的加权系数有效地提高了波束形成器输出的信噪比,使壳体声接收基阵获得良好的被动宽带检测性能.     

某被动声探测系统基阵设计

为探测反辐射无人机，采用被动声探测系统是一种有效的方法．根据系统探测要求，基阵选择采用结构简单的线列阵和各向波束均匀的圆弧阵组合成半圆柱型传声器阵列对飞机噪声进行接收，在阵列设计时，考虑反辐射无人机螺旋桨噪声的频率特点，针对阵列指向性受影响的因素，对阵元数、阵列长度、频率响应等参数进行了优化设计，分析结果表明半圆柱型基阵在波瓣宽度和增益上满足系统对无人机的探测要求．     

界面噪声声压与质点振速的时空相干特性

海洋环境噪声矢量场空间相干特性与矢量传感器阵的性能密切相关.应用海洋混响相干特性分析方法应用海洋混响相干特性分析方法研究了均匀半无限空间界面噪声声压与质点振速的空间相干特性问题,得到了相干特性的解析表达式.研究结果表明,界面噪声场的空间相干特性相比于均匀各向同性噪声场要复杂得多,其相干特性在空间上是不均匀的,并且与噪声源的指向性也有复杂的关系.虽然只给出噪声源无指向性和余弦的垂直指向性2种情况下场的相关系数,但该文的研究方法可以推广到任意指向性噪声源的场的相干特性的分析中.当获得了噪声场空间相干特性的解析解时,矢量水听器输出信噪比增益可以很容易地给出,同时对矢量水听器基阵的布阵及应用也具有重要的意义.     

用子空间方法对拖线阵海试数据处理与分析

采用特征矢量（ＥＶ）法、ＭＵＳＩＣ法和ＥＳＰＲＩＴ等子空间方法，对拖线阵海试数据进行了处理研究，并和常规波束形成方法（Ｂａｒｔｌｅｔｔ法）、最大似然（ＭＬ）法进行了比较．通过拖线阵海试数据的处理，对应用子空间方法进行方位估计时所遇到的一些问题进行了研究．结果表明：子空间方法在水声中是一种具有应用前景的方法，尤其在短基阵就更具有优越性．     

多子阵超宽覆盖海底地形探测方法试验研究

针对多波束海底地形探测系统超宽覆盖问题,提出了具有超宽发射和接收特性的声学基阵设计方案以及多子阵空间建模回波到达方向(DOA)估计方法.超宽覆盖声学基阵的发射阵与接收阵呈"T"型排列,发射阵为直线排列的圆弧阵,接收阵为均匀线阵,发射波束宽度可达144.7.多子阵空间建模DOA估计方法,在较低信噪比情况下仍具有较高的方位估计性能,从而有效估计边缘回波信号方位,仿真数据和典型的多波束海试数据处理结果都证明了算法的可行性.同时,湖上试验验证了超宽覆盖声学基阵和多子阵空间建模方法的有效性,试验结果表明在20 m水深的情况下完全可达到7倍以上水深的覆盖宽度.     

圆柱阵声透明性研究

为了分析具有较高空间透明性的圆柱型声基阵是否具有较好的声透明性,建立了圆柱阵阵元间一次散射的模型,对圆柱阵上的单路阵元所接收到的声场总声压的特性进行了理论推导和分析,总声压包含声场中的直达波和来自各路阵元的散射波.理论仿真结果表明:空间透明圆柱阵的声透明性具有明显的局限性,特别是阵元接收声压的幅值在水平面内起伏明显,并且这种起伏的程度在很低的频段依然比较严重.湖试数据和理论分析结果吻合较好,证明理论分析模型和方法的准确性.该分析方法对于研究其他空间基阵的声透明性具有借鉴意义,研究结果证实了在对基阵进行高增益信号处理时,测量基阵阵列流形并进行补偿修正是十分必要的.     

CDMA通信中空间滤波和波束赋形的性能

研究了CDMA移动通信系统中基站智能天线阵抗干扰与噪声的性能；推导了上行空间滤波的输出信千比与信噪比，以及下行采用波束赋形时接收天线的输入信千比与信噪比；给出了阵处理相对于单天线的平均信千比增益与信噪比增益估计公式；并分别基于均匀线阵和均匀圆阵，对上行传统空间滤波器和下行传统的波束赋形器的干扰抑制性能进行了数字仿真计算与分析。     

基于矢量阵的自初始化MUSIC方位估计算法

MUSIC空间谱估计突破了常规波束形成中的锐利限,能够对目标进行高精度方位估计.探讨了MUSIC算法在矢量阵上的应用,给出了矢量线阵MUSIC噪声子空间谱估计表达式,利用单个矢量阵元的阵簇估计提供的初始参数,对MUSIC噪声子空间谱进行迭代搜索谱峰实现目标的方位估计,用以提高目标方位估计的精度.对单目标和双目标方位估计进行了仿真研究,在文中的仿真条件下,当满足信噪比大于5dB的条件时,可对目标方位进行较好估计.研究结果表明,通过单个矢量阵元阵簇得出的目标方位估计精度较差,而迭代搜索MUSIC谱峰方法提高了方位估计精度.     

毫米波相阵多径信道中的迭代波束成形方法

因毫米波阵列阵元数量较多,在多径信道下波束成形向量算法一般具有较高的复杂度．提出了一种多径信道下基于毫米波相阵的低复杂度迭代波束成形方法．该方法首先在通信中的一端通过级数方法获得适用于毫米波相阵的波束成形向量;然后通过收发双方的相互迭代从而获取另一端的波束成形向量,在相互迭代过程中算法得到收敛．仿真结果表明,该方法能够获得较高的信道容量,从而实现高速率传输,在迭代3次左右后算法得到收敛,减小了链路建立过程中的开销．     

一种S频段卫星通信相控阵天线设计

为了解决目前卫星通信相控阵天线波束扫描角度范围较小、低仰角增益较低等问题,采用双层微带结构,加载圆形金属腔体,实现了更宽波束的S频段圆极化相控阵单元,来提高相控阵低仰角增益．然后,用24个单元按照水滴状形式排布组成相控阵阵列,以减小风阻．仿真结果表明,在收发频段内,相控阵单元的电压驻波比小于1.3,轴比小于3dB,单元在阵中的3dB波瓣宽度为120°左右; 天线阵列在扫描到仰角25°时,其增益相比天顶方向(仰角90°)下降了4dB左右．最后,加工好的天线阵列测试结果和仿真结果具有很好的一致性,波束扫描角度较宽,低仰角增益较大,满足设计要求．     

矢量阵自初始化MUSIC算法的试验研究

利用单个矢量阵元的阵簇估计提供的初始参数,对MUSIC噪声子空间谱进行迭代搜索谱峰,实现目标的方位估计.该方法减少了运算量,同时提高了目标方位估计的精度.为了检验算法的性能,进行了外场试验.利用3个矢量水听器组成了三元矢量阵,对比了矢量阵自初始化MUSIC算法和MUSIC空间谱估计以及常规波束形成的性能.试验结果表明,矢量阵常规波束形成的目标方位估计精度较差,MUSIC空间谱的估计性能较好,而迭代搜索MUSIC谱峰方法的定向精度最高.当空间严重降采样时,常规波束图的栅瓣高度接近主瓣高度,MUSIC空间谱表现出较强的栅瓣抑制能力,而自初始化MUSIC算法不受空间降采样的影响,总能给出正确的目标方位估计值.     

基于均匀圆阵的相干信号波束形成方法

提出一种新的相干波束形成方法,利用内插变换对相干背景下的真实阵列进行虚拟平移,得到多个虚拟平移后的信号协方差矩阵;对其进行平均后,所得到的相干信号协方差矩阵具有满秩性。利用一般的波束形成法求出最优权向量。该方法解决了五阵元均匀圆阵下二维相干信号的波束形成问题。计算机仿真表明该方法在小快怕数及低信噪比时能很好地抑制相干干扰,对期望信号和相干信号方向估计误差具有较强的稳健性。     

基于不同天线阵列的移动通信系统下行波束设计

针对基于阵列天线的移动通信系统,讨论不同模型下的下行波束设计方法,并对圆天线阵列和直线天线阵列进行计算机仿真.仿真结果表明,圆天线阵较适合开关多波束设计,直线天线阵可用于下行选择性多波束设计.如果直线阵采用Chebyshev天线阵激励作为加权值幅度,则可实现下行波束优化设计,并使系统复杂度降低.     

基于虚拟成阵技术的线列阵恒定束宽的波束形成

为了使基阵对不同的入射频率信号具有相同的空间响应,提出一种均匀线列阵宽带恒定束宽的波束形成新方法.该方法将宽带信号划分为多个子频带,每个频带可以近似为窄带信号.对于不同子频带信号,根据虚拟成阵技术,虚拟出一个新的线列阵,使虚拟阵的阵元间距为此频带信号的半波长,此时,输出的波束宽度为一个只与阵元个数有关、而与频率无关的恒定常数,从而达到恒定束宽的目的.计算机仿真和水池试验验证了此方法的正确性与有效性.     

Iterative beamforming method for the millimeter wave phased array

This paper presents an iterative beamforming method for the millimeter wave phased array. This method uses the approximate orthogonal property for the different paths in the millimeter-wave channel in the case of a large array, and obtains the path with the largest gain in the millimeter-wave channel by iteratively sending the received signal to the other side. The array responses correspond to the path with the maximum gain are used as a beamforming vector for both the transmitter and receiver. Simulation results show that the spectral efficiency obtained by this method is close to the spectral efficiency obtained by the singular value decomposition(SVD) method and has a performance promotion compared with the existing IEEE802.15.3c method. The proposed method has a fast convergence rate and convergence is generally obtained in 3 iterations.     

Static beamforming method of frequency diverse array

Focused on the time-varying property of the transmit beampattern of the frequency diverse array, a static transmit beamforming method is proposed to control the beampattern of the pulsed frequency diverse array, and the characteristics of its radiating pattern are studied. With a tiny progressive incremental frequency shift applied between the adjacent antenna elements, a range-angle dependent radiating pattern is achieved. Compared with the conventional phased array, the frequency diverse array is low in price and small in complexity without the use of phase shifters, which enables it to be suitable for the miniaturization design of an array antenna. Moreover, its range-angle dependent characteristic significantly enhances the flexibility of antenna beam scanning. Simulation experiments demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

High-Gain and Low-RCS Patch Antenna Array Based on Slot-EBG Structure

A novel low radar cross-section (RCS) and high gain patch antenna array is proposed. A pair of slots introduced on the mushroom electromagnetic bandgap (EBG) patch realize polarization-dependency and act as parasitic radiation to enhance the antenna gain. A chessboard-like configuration composed of slot-EBG blocks is further equipped on the antenna array for scattering cancellation. Optimizing the layout pattern enables the designing of a high-gain and low-RCS antenna array using the slot-EBGs. Full-wave simulations validate that a front gain enhancement of more than 2.5.dB in the operating frequency band and low-RCS in a broad frequency band for normal incidence are obtained by the proposed antenna array.