圆环形声基阵低频超增益性能研究

对均匀噪声场中基阵超增益波束形成的权向量及阵增益进行了推导。以小尺度圆环形基阵为例，对位于空间均匀噪声场中的水听器阵作超声益处理及线谱和宽带被动检测方法进行了计算机仿真。对所述基阵超增益波束形成和常规波束形成的方向性图和空间增益进行了比较，通过仿真真验证了超增益方法和正确性，超增益波束形成可以获得比常规波束形成更窄的波束宽度和更高的空间增益，由于超增益阵具有尺度小，空间增益高的特点，对于改进低频被动声纳的检测性能具有重要的意义。     

宽带波束形成中近场补偿的实验研究

当信号源位于基阵的近场区域内时,采用近场补偿可以降低由远场假设设计波束形成器带来的性能损失。文中对用于远程电信会议系统中的近场补偿方法进行了误差分析,并将其应用于水下声纳基阵系统中。误差分析表明,对于大阵元数的阵采用近场补偿能够得到高精度的期望响应。结合32元均匀线列阵的湖上实验研究了近场对宽带波束形成器性能的影响,以及近场补偿方法对宽带波束性能的改善效果。结果表明,对测量数据进行近场补偿能够克服由近场影响引起的宽带波束的畸变,得到期望的宽带波束性能。由于近场补偿的简单可行性,文中的研究有助于推动近场补偿方法在实际声纳系统中的应用,为水下基阵选择近场宽带波束形成方法提供一定的依据。     

多波束声呐基阵一体化自校准方法

为了保证多波束测深系统的探测精度,在系统组装前需要对多阵元接收换能器基阵进行指向性测量和目标方位波束响应校准。针对常规方法中图像散焦问题存在的不足,本文提出了一种多波束声呐基阵一体化自校准方法,将换能器基阵和信号调理采集电路一体化测量,利用目标方位波束响应输出测量换能器基阵波束指向性。推导了阵元间距误差对测深结果产生的影响,采用聚焦波束形成技术,在小尺寸水池条件下开展校准实验研究。通过在水池中预先获得的方位波束角误差曲线,对多波束测深声呐外场实验数据进行了归位补偿,实现了多波束声呐基阵一体化自校准。实验结果表明:该方法能够保障多波束声呐的有效覆盖范围,具有较强的实用性和重要的工程应用价值与推广价值。     

拖线阵声纳的匹配场后置波束形成干扰抵消方法

根据拖曳线列阵对本舰噪声的接收响应机理，提出了一种用于本舰干扰抵消的新方法，即在现有后置波束形成干扰抵消器的基础上，利用本舰噪声在拖线阵上的拷贝场向量直接进行干扰波束形成，从而更好地达到消除本舰强干扰的目的。同时，还将匹配场干扰抵消方法推广应用于同方向强干扰背景下的弱目标检测问题。理论与仿真分析表明，匹配场PIC比基于平面波的PIC具有更好的干扰抑制性能。     

基于子带SDL的宽带抗干扰恒定束宽波束形成

针对宽带恒定束宽波束形成通常需要大量阵元或延迟线所带来的硬件开销较大,并且抗干扰效果较差的问题,提出一种基于子带阵元延迟线(SDL)的宽带抗干扰恒定束宽波束形成算法。该算法通过建立子带SDL模型,利用子带滤波器组将阵元接收信号进行分解与重构,基于约束最小二乘算法进行子带抗干扰恒定束宽波束形成,并将滤波器组的冲击响应直接作为优化参量,可有效降低分解与重构产生的误差。为了衡量阵列响应的波动程度,提出归一化波动程度的概念。仿真结果表明,子带波束形成器具有比全带波束形成器更好的频率不变性和抗干扰能力,而且可以大大降低硬件开销。     

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.     

基于牛顿迭代法的频不变响应阵设计

为了避免空间指向性随频率变化造成发射或接收信号失真,目标检测与分类用主动声呐常采用频不变响应阵.频域加权矢量的计算是设计频不变响应阵的关键技术.首先根据基阵对空间信号的接收模型给出频不变响应阵的定义,接着从描述基阵实际空间响应和预成空间响应之间差异的数学表达式出发,提出了频不变指数的概念,进而结合所研究问题的目标函数特性给出了利用牛顿迭代法获得实现频不变响应阵所需频域加权矢量的新算法.针对均匀线阵和圆弧阵所作的计算机仿真结果表明,新算法不但收敛速度快、计算精度高,而且不受基阵类型和阵元指向性的限制.     

声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法

和阵元域处理相比，波束域处理具有计算量小，分辨信噪比门限低的优点．同时，声矢量传感器拾取了更多的声场信息，联合处理这些信息可以提高声呐的性能．把声压阵的波束域高分辨算法的思想和相干子空间方法(CSM)的思想引入到声矢量阵列信号处理，在Michael Zoltowsk提出的矢量阵的数学模型的基础上推导出了声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，并作了计算机仿真研究，仿真的结果表明：基于矢量阵的波束域宽带聚焦MUSIC、算法无论是在分辨信噪比门限还是在角度分辨能力上都要优于声压阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，而二者的计算量相当，和矢量阵阵元域宽带聚焦MUSIC算法相比，矢量阵波束域处理的计算量要远远小于阵元域处理。     

随机阵列误差影响下的声矢量阵噪声特性和阵增益

在设计许多阵列信号处理算法以及评估其性能优劣时,都需要考虑到噪声的相关性结构.为了考察随机阵列误差对噪声相关性结构以及后续算法性能的影响,建立了在方向性噪声场中和球面各向同性噪声场中,存在随机阵元位置误差和阵元姿态误差时,声矢量阵阵列输入噪声的时空相关性结构.在此基础上,考察了这两种随机阵列误差对声矢量阵MVDR波束形...     

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．