平面阵波束形成算法效率比较

二维平面阵声呐系统所采用的阵元个数、形成波束的数量都较一维线阵声呐系统高一个数量级,数据处理量巨大,对信号处理机的实时处理能力要求非常高。如何提高二维波束形成算法的效率是工程实现二维平面阵声呐系统的关键,本文讨论了三种二维平面阵波束形成算法,并对这三种算法进行了计算效率和波束性能的对比。     

超波束处理方法的快速实现及试验验证

提出了超波束处理方法在主动声纳中的快速实现方法。通过对阵元信号进行下变频降采样,并采用阵元信号先匹配滤波再波束形成的步骤,降低了信号处理的计算复杂度,使超波束处理方法易于在实时信号处理系统上实现。使用湖试数据处理结果验证了实现方法的正确性,并对超波束处理方法的性能进行了比较。     

基于波束域MUSIC方法的高分辨方位估计

现代声纳系统普遍采用水听器基阵和一定的信号处理来提高对目标的检测和定位能力，而基阵的波束形成则在其中起着核心作用。文中研究了窄带波束域高分辨方位估计技术，分析了波束域MUSIC方位估计的构造过程和具体实现方法。仿真计算表明，基于波束域MUSIC的方位估计算法是一种分辨空间小角域内多个目标的有效方法。     

线列阵声纳近场常规波束形成的理论性能

研究了线列阵声纳应用常规波束形成方法进行目标被动定位的理论性能。在反潜战中,重型热动力鱼雷是潜艇面临的重要威胁。为对鱼雷实施被动定位,推导了常规波束形成方法目标被动定位的渐进方差,并与克拉美-劳下界进行了比对分析。此外,通过数值方法研究了信号强度、目标位置、基阵孔径和积分时间等参数对被动定位性能的影响。结果表明：应用现有的声纳设备（如潜艇舷侧阵）来解决中等距离的鱼雷被动定位问题是完全可能的。     

多波束形成方法及其实现

声纳往往采用相控偏转的技术来形成各个方向的发射/接收波束。相控阵可以利用简单的数字电路来实现基阵发射角度的偏转。文中介绍一种利用FPGA芯片来实现旋转单波束方式的发射波束。该方法设计简单、可靠,经过实验测试,整机达到了预期的效果,验证了发射波束形成方法的正确性。     

多波束融合BP神经网络拖船噪声抵消

拖曳线列阵声纳中,拖船噪声常常是影响声纳性能的重要因素之一。由于存在严重的多途效应,仅仅改变自适应结构难以提高拖船噪声抵消性能。因此在实际应用中,固定参考输入自适应干扰抵消技术的抵消效果一般均不理想,本文针对拖船噪声的特性,提出了一种多干扰波束融合的抵消算法,该算法具有抗多途效应效果好,可以较有效地消除拖船干扰,提高声纳的检测性能,试验数据处理结果表明它优于现有的自适应方法,且具有运算量少的优点,可望在实际声纳中得到应用。     

波达方向误差对对角加载波束形成的影响研究

文章回顾了对角加载波束形成理论的发展,列举了几种较常使用的求取对角加载因子的方法。通过多个仿真实例,着重分析了Xavier提出的基于无限随机矩阵理论的对角加载因子的方法．指出了其局限性一在期望信号的方向向量存在误差的时候,该方法产生自消现象,从而波束形成器的性能急剧下降。本文结合特征空间波束形成,根据期望信号的实际方向向量正交于噪声子空间,提出一种改进方法一先对期望信号的方向进行校正,再求取对角加载因子,从而加强了Xavier的方法对波达方向失配的稳健性。仿真实例验证了在信噪比不大的时候这个方法的有效性。     

矢量线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能

研究矢量均匀线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能。水听器可同步共点地测量声场的声压和质点振速,为一具有指向性的空间共点阵,从而能够解决单线阵声呐的目标左右舷模糊问题。文章分析了采用不同波束形成方法时矢量阵广义Cardiod处理和声强处理的目标左右舷分辨性能,并利用海试数据进行了验证。研究结果表明:自适应波束形成具有比常规波束形成更佳的左/右舷分辨性能,且对矢量阵处理而言,广义Cardioid处理更为稳健和实用。     

波束形成声源识别技术研究进展

波束形成作为一种空间声场可视化技术在声源识别领域得到广泛的研究和应用。概述了传声器阵列测量和波束形成后处理算法的发展历程,分析了其特点,总结了其发展方向,主要包括：声源识别性能更优的传声器阵列开发和算法改进、声源识别的适应性提高、波束形成结果不确定度的研究、基于声品质的声源成像及可视化研究等。对波束形成声源识别技术的认识及进一步的研究提供参考。     

三维前视声呐信号处理方法

三维前视声像声呐是安装在小型水下载体上的重要声学探测设备。提出了基于波达方向估计技术的三维前视声呐信号处理方法,接收阵水平方向采用波束形成技术,垂直方向采用波达方向估计技术。在波束内采用分裂孔径相位法提高水平方向分辨率,形成声呐阵前方的三维声像。仿真结果和水池实验结果表明:在接收阵面面积相同的条件下,能够获得优于常规技术的分辨率,可以实现点目标和连续目标的探测,适合于在水下载体上安装使用。     

基于等效孔径相等的体积阵波束形成

利用自适应方法对"米"字形体积阵进行波束形成,发现在预成的多波束中奇偶号波束效果差别较大,影响了检测性能、定位精度.从预成波束方向阵等效孔径入手,解释了奇偶号波束不一致的原因,通过改变预成波束方向、构造阵等效孔径相等措施来改进体积阵波束形成.计算机仿真、水池实测验证了这种方法可以有效地提高体积阵波束形成的整体效果.     

声纳波束控制电路

本发明为声纳系统中使用水听器线列阵的多波束声设备,包含一个级联的电容-电感T型网络,用于各水听器与声纳系统的信号耦合。水听器为串联连接,这些基元的固有电容具有容性特性。并联电感提供感性特性,且产生与频率成反比的相位特性。对加到或来自水听器上的信号提供可变的累加相位延迟。由此,在激励信号频率所确定的某一方向上形成一个声纳波束。     

细线阵的频域自适应波束形成

常规波束形成技术包括时域波束形成技术和频域波束形成技术.由于实际空间采样的声阵是有限孔径的，常规波束形成的空间波束谱估计具有加窗效应，所以分辨力不高，另外由于它是固定旁瓣响应，所以不能有效的抑制强干扰。为克服常规波束形成的不足，本文利用广义旁瓣干扰抵消自适应阵处理的原理，仿真研究了自适应波束形成分辨力与抗干扰能力的提高.     

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。     

基于阵列响应向量估计的宽容体积阵波束形成

0引言波束形成作为声纳系统的重要组成部分,直接影响着整体性能。通过优化波束形成权系数,为系统提高检测概率,精确定位、跟踪、识别搭建了良好的平台。然而这些优化设计都是在理想阵列流形的假设下进行的,权系数对误差比较敏感,如果实际的阵列流形发生失配时优化波束的效果将急剧降低。在体积阵中产生阵流形失配的原因有很多,     

闭环MIMO-OFDM系统中基于插值的发送端波束形成技术

在采用发送波束形成和最大比合并的闭环MIMO-OFDM系统中,分组算法虽然可以有效地减少系统的反馈量,但系统性能却有较大损失。本文提出了一种基于插值的发送端波束形成方案,使用插值方法在发送端计算所有波束形成矢量。仿真结果显示,基于插值的波束形成算法性能优于分组算法的性能,在减少了系统反馈量的同时,最大限度地保证了系统的性能。     

基于自适应波束形成和ICA的消噪系统

介绍了自适应宽带波束形成和快速独立分量分析的基本理论和算法,分析了固定波束形成的理论局限性及自适应宽带波束形成的优越性。提出了一种基于自适应波束形成和独立分量分析的消噪系统,算法显著地抑制了噪声、增强了语音,又具有稳定快速的性能。同时分析了自适应波束形成单元数或者输入信号数对算法性能的影响,对实际应用具有指导意义。     

五臂阵的自适应波束零点展宽方法的理论研究

针对水下声纳浮标系统中扩展性较好的五臂阵,为提高其自适应波束形成器的稳健性,引入了一种零点展宽的方法,主要包括Mailloux的基阵协方差矩阵扩展法和Zatman的频散合成法。两者用多个虚拟干扰源替代实际干扰源,从而共同作用形成宽的零陷。并进行了详细的理论推导,还通过仿真实验验证了其应用在实际声纳系统中的可行性和有效性。     

波导中模滤波与模波束形成

本文在“模波束形成及其Robust处理”一文的基础上,着重于对通过加大阵元个数、基阵尺寸和声源距离来提高模滤波精度从而改善模波束形成性能的问题进行实验研究。实验在新安江水库进行,给出了前文提出的三种模波束形成对声源深度分辨的结果。     

自适应Notch滤波器在阵列信号处理中的应用

为了不增大阵列尺度采用信号处理方法得到高分辨率的波束指向性,首先利用Notch滤波器的＂离线重构＂实现窄带波束形成,进而结合其瞬时相位估计方法,研究了基于自适应Notch滤波器的恒定束宽波束形成技术,利用信号处理方法将矢量传感器阵列接收的低频窄带信号转化为具有指向性的较高频率波束,并采用虚拟阵元技术消除波束栅瓣的影响,给出了实际应用中具体的信号处理方法。仿真和湖试验证表明这种基于自适应Notch滤波器的恒定束宽波束形成方法是合理可行的。最后,针对适应实时信号处理的要求提出将这种方法与目标自动跟踪系统相结合的改进方向。