环境噪声场中二阶组合水听器的空间相关性

二阶组合水听器同步测量空间一点处的声压、振速和振速梯度,由此得到的信息有利于改善声纳的检测和估计性能。对各向同性噪声场中振速梯度的自相关特性,及其与声压、振速的互相关特性进行了研究。推导了各向同性噪声场中二阶组合水听器输出相关性的理论表达式;并分析了一种简单的各向同性噪声的数值模拟方法。利用该方法仿真出的二阶组合水听器的输出相关曲线与理论值基本吻合,验证了理论结果和模拟方法的有效性。该结果对二阶组合水听器阵列设计、性能分析和系统仿真有应用价值。     

单个矢量水听器空间处理增益分析

本文把单个矢量水听器看做传统意义上的一个声压阵,进行了常规波束形成和乘积波束形成.对照声压阵的阵增益形式,对单个矢量水听器的空间处理增益进行了理论上的分析.文中给出了白噪声背景下和球形各向同性噪声背景下单个矢量水听器的阵增益计算公式.理论分析表明,在一定的组合方式下,一个矢量水听器比一个声压水听器最大可有7.8dB的空间增益.可以形成单边指向性,克服水听器成阵后的左右模糊问题.这些都说明矢量水听器有极大的工程应用价值.     

球谐域二次Dolph-Chebyshev波束形成的设计

提出了一种球谐域二次Dolph-Chebyshev波束形成方法,该方法在常规波束形成方法和Dolph-Chebyshev波束形成方法的基础上通过平方Chebyshev多项式来计算波束形成的权值.在保持主瓣最大增益不变的情况下,通过平方Chebyshev多项式可以降低旁瓣的最大增益.因此,这种改进的波束形成在保证与前两者具有相同主瓣宽度的同时,能有效地限制旁瓣,提高声场分辨率.且在低频时具有更高的白噪声增益,从而提高球阵处理噪声的能力.仿真实验通过将这三种波束形成方法进行比较,验证了球谐域二次Dolph-Chebyshev波束形成方法的有效性.     

基于滑动平均的等间隔线阵逆波束形成

逆波束形成算法与常规波束形成相比具有较高的方位分辨力和阵增益,抑制噪声能力强,但其旁瓣却较高,因此采用峰值统计信息作为输出。这样解决了高旁瓣下信号检测的问题,但却丢失了功率谱密度信息。本文在分析逆波束形成算法高旁瓣起因的基础上,提出了用滑动平均抑制旁瓣的方法。仿真分析结果表明,滑动平均方法在保留逆波束形成算法高分辨力的基础上,有效的抑制了旁瓣(第一旁瓣下降了2dB～3dB)。因此,可以采用传统的方法进行输出,以保留功率谱密度信息。海上试验数据的处理结果进一步验证了滑动平均方法的优点。     

实现最佳左右舷分辨的三线阵最佳阵间距研究

从理论上推导了三线阵最佳阵增益（最佳时-空处理）波束形成器,并给出了高斯背景噪声下三线阵最佳空-时最佳线性处理系统和三线阵次最佳空-时最佳线性处理系统框图。然后在最佳波束形成器的基础上推导了三线阵最佳左右舷分辨的阵间距,最后给出了详实的仿真结果论证理论推导。     

基于二阶锥规划的稳健高增益波束形成

针对最优波束形成对基阵的轻微误差非常敏感这一缺点,提出了运用二阶锥规划方法实现白噪声阵增益约束来提高优化波束形成稳健性的方法.白噪声阵增益约束波束形成能够提高优化波束形成对误差的稳健性.本文将白噪声阵增益约束波束形成转化为二阶锥规划(second-order cone programming)形式,通过内点方法(interior point)来求出其数值解.计算机仿真结果验证了该方法的正确性.     

任意结构基阵波束优化的稳健性分析

分析了任意结构基阵波束优化的稳健性。首先从理论上推导了阵列误差、权向量误差和权向量范数等因素与波束旁瓣畸变之间的关系,并利用优化波束的白噪声增益和权向量范数之间的关系,提出了任意结构基阵波束优化时权向量范数约束上限的选取方法。针对圆阵进行了大量的计算机仿真,分析了不同权向量范数约束条件下获得的优化波束的稳健性,证明了理论推导的正确性。     

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。     

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。     

单光纤矢量水听器的浅海环境噪声指向性研究

0引言海洋环境噪声的指向性不仅是海洋环境噪声的重要特性,也是影响水听器阵列增益的重要因素。20世纪60～70年代,许多实验使用大规模拖曳阵或沉底阵测量了不同海域的海洋环境噪声场的指向性和谱特性。单个光纤矢量水听器可以共点测量声场的声压和三个正交的加速度分量,可以认为是共点的标量阵列。本文通过矢量波束形成方法,对浅海环境噪声场进行了水平指向性和垂直指向性的估计,并分析了降雨对噪声场指向性的影响。     

基于白化滤波器和频段加权的微弱信号检测方法

针对平台振动噪声影响下的舷侧阵声呐弱信号检测问题,充分利用振动噪声和目标信号的频谱先验信息,给出了两种能够有效提高系统弱信号检测能力的处理方法,一种是利用白化滤波技术对阵列输出信号进行预白化处理,另外一种是利用频段加权对普通宽带自适应波束形成输出结果进行后置处理,设计了两种有效获取参考噪声的方法,从阵列输入信噪比改善角度重点讨论了白化滤波技术对提高系统弱信号检测能力的贡献,并简单说明它与频段加权后置处理方法的等效性。仿真和实际数据分析结果验证了两种处理方法的有效性。     

强干扰环境下声源可视化重建方法的研究进展

准确识别噪声源是机电产品噪声控制的关键,其中,近场声全息和波束形成是两种常用的声源可视化重建方法,分别适用于近场低频和远场高频声源重建的情况。传统的声全息和波束形成方法基于自由场假设,即适用于目标声源辐射声与干扰噪声之间的信噪比大于10 dB的情况。然而很多机电产品的噪声测试只能在工作现场进行,不满足自由场条件。为此,从声学传播方程和信号处理两个方面出发,回顾了强干扰环境下声源可视化重建方法的研究发展历程,评点了每种方法的特点和适用范围。重点介绍了强干扰环境下的近场声全息方法,包括声场分离法和逆块传递函数法。另外,还介绍了混响环境下的声源重建方法以及基于信号处理的信号噪声分离方法。最后,讨论了强干扰环境下声源重建有待解决的问题及其发展趋势。     

自适应空间有源消声系统及其算法

在未知噪声场中,以消声区域声信号的均方和最小为准则,建立自适应空间有源消声系统。本文推导了系统的自适应算法,给出了抵消单频和宽带噪声的计算机仿真结果。结果表明:在初级噪声场中布设二个自适应次级声源,可使消声区域里传感器处的单频噪声功率衰减39dB;对于宽带噪声,传感器处的噪声功率亦能衰减17.3dB。本系统有可能在要求建立局部无噪声区域的场合(例如,各类航行器驾驶员附近)得到应用。本系统已经用高速信号处理芯片TMS320实现。     

一种利于工程应用的快速反卷积波束形成方法

针对传统的反卷积波束形成算法在处理宽带随机信号时计算量过大的问题,给出了一种利于工程应用的快速反卷积波束形成方法。利用不同频率阵列波束图的相似性,将宽带随机信号划分成非等间距的多个窄带,并在每个窄带取一个频率点的点扩散函数(Point Spread Function, PSF)进行反卷积的近似处理,极大地提高了反卷积波束形成的计算速度。通过在波束功率谱上进行边界扩展,解决了因 Richardson-Lucy(R-L)迭代算法带来的边界模糊问题,进一步提高了计算速度。仿真和海试结果表明,该方法相对于常规波束形成具有更高的分辨力、更高的处理增益和更好的旁瓣抑制能力;相对于传统反卷积波束形成计算速度提升了 50%以上。     

基于软件无线电的智能天线波束形成算法

目前已经有许多经典的波束形成算法及其改进算法被广泛的应用。本文主要分析了MMSE和MV的原理并根据MMSE和MV的原理,编写出相应的Maflab仿真程序,对MMsE波束形成器和MV波束形成器,在具有不同特性的输入信号情况下进行软件编程模拟,在接收信号的各个分支具有不同时延的情况下进行模拟,最后对仿真模型加权后的输出结果和计算出来的信干噪比SINR进行分析,以获取上面两种波束形成器的工作特性,从而指在面对相应环境设计智能天线时选择适当的算法的波束形成器。     

矢量水听器在水声通信系统中的应用

将矢量水听器应用于水声通信系统,利用矢量水听器的指向性屏蔽强干扰。建立了基于矢量水听器的多载波正交频分复用(OFDM)系统模型,对各向同性噪声场中矢量水听器的增益进行了推导,为抑制相干干扰提供了新的解决方案,并进行了仿真验证。仿真研究表明,该方案能够有效地增强系统的抗各向同性干扰的能力,达到提高信噪比的目的,降低了误码率,增加了系统的稳健性。湖上试验验证了该方法的有效性,表明基于矢量水听器的水声通信系统可为实现高速水声通信提供一种有效的途径。     

双T型MEMS仿生矢量水听器的设计与测试

根据当前声纳系统的需求,以MEMS技术为依托,结合仿生原理、压阻原理,提出了一种双T型矢量水听器。在分析T型梁结构力学特性的基础上,详细介绍了两种不同尺寸微结构的设计、加工和测试。采用ANSYS软件仿真,得出两种微结构的谐振频率分别为1993.3Hz和10.17KHz;利用MEMS加工工艺加工出水听器微结构并对水听器进行了封装;采用振动台标定和水下驻波场测试相结合的方法完成了水听器的测试。测试结果表明两种结构的双“T”型矢量水听器灵敏度达到-180dB 和 -192dB (1kHz,0dB参考值1V/μPa),具有良好的“8”指向性,矢量特性明显,动态范围为90.48dB(315Hz)。     

基于最小均方误差的宽带波束形成技术研究

1.引言 在声呐基阵设计中信号通常采用宽带形式,这就要求宽带信号通过基阵系统后无畸变,为此人们提出各种恒定束宽的宽带波束形成器设计方法.智婉君等提出了空间重采样的宽带波束形成器[1][2],但是由于实际阵列空间孔径有限,不能很好的满足采样定理,因此这种方法精度较低;杨益新等提出的适用于任意阵列结构设计的宽带波束形成器设计较为复杂,推导实现比较困难[3];而朱维杰,孙进才等提出了基于DFT插值[4]和FIR滤波器自适应模拟的宽带波束形成器方法[5],但是DFT插值方法需要基阵灵敏度满足一定关系式,才能使得阵列波束图不依赖于频率而变化,应用上具有局限性.他们提出的FIR宽带波束形成器法为了能利用自适应法得到宽带波束形成器在其他频率处的权矢量,需要人为构造一组在空间均匀分布的远场信号去激励自适应波束形成器,这无形中增加了计算量和设计复杂度.     

基于波束特征值分析的单双目标分辨技术方法

目标源数估计是基于特征值分析的高分辨谱估计技术中用来划分信号子空间和噪声子空间的关键步骤,现有的估计方法可以工作的最低信噪比大约在0dB左右。通过分析直线阵空间功率谱以及相关函数,给出了波束特征值的概念,并说明了波束特征值是由直线阵阵列流形所决定的,利用这一规律设计了波束特征值分辨波束内多目标的方法,可以在波束内分辨单、双目标,通过仿真分析说明可以在-10dB信噪比条件下工作。     

带ESD保护的2.4GHz低噪声放大器的分析与设计

分析了静电放电(ESD)保护对源极电感负反馈低噪声放大器(LNA)的输入阻抗匹配和噪声匹配的影响。给出了带ESD保护的低噪声放大器在功耗限定的条件下同时满足功率匹配和噪声匹配的优化方法,基于该方法,采用0.18μm RF CMOS工艺设计了应用于无线传感网(WSN)的2.4GHz低噪声放大器。测试结果表明,低噪声放大器噪声系数(NF)为1.69dB,增益为15.2 dB,输入1 dB压缩点和输入三阶截点(IIP3)分别为-8dBm和1dBm,在1.8V电源电压下消耗电流3.1mA。