基于频域分解的水声信号宽带盲波束形成

盲波束形成算法可以在不知道阵的流型、信号及干扰方位的情况下,仅根据各阵元接收的数据恢复信号。由于水声信号为宽带信号,为了充分利用宽带信息,提出利用频域分解的方法获得满足窄带条件的信号,并利用窄带盲波束形成JADE（Joint Approximate Diagonalisation of Eigen-matrices）算法进行处理。对宽带盲波束形成算法进行了理论推导和仿真实验。研究结果表明,盲波束形成算法相对于常规波束形成在信号恢复方面有优越性。     

波束锐化技术在多波束测深声呐中的应用

针对常规波束形成器的分辨性能和旁瓣性能间的矛盾,研究了超波束形成器的波束特征以及空间分辨性能。通过计算机仿真验证了加权超波束形成器既有较高的空间分辨力,又有良好的旁瓣特性。通过对外场实验数据的处理,验证了该算法对于多波束测深声呐测量结果中存在的"隧道效应"假象具有明显的抑制作用。针对算法实现结构进行了优化,进一步减小了算法复杂度。利用DSP进行了算法实现,算法具有较好的实时性和工程实用性。     

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。     

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。     

浅海多波束动态聚焦近场波束形成实现方法

讨论了一种动态聚焦波束形成实现方法,将聚焦波束形成的焦点时间结构与基阵空间结构相关联,得到时变焦点的高精度聚焦波束形成输出。通过实验数据的分析和处理,验证了方法的有效性。     

一种新的稳健CAB盲波束形成算法

通过限制估计的方向向量与真实的方向向量之间的误差范数的边界,提出了一种新的稳健CAB（周期自适应波束形成）盲自适应波束形成算法。该算法克服了方向向量失配引起的自适应波束形成器的性能劣化问题。计算机仿真试验表明,较采用传统对角加载技术的R-CAB盲波束形成算法和WCPO-CAB算法而言,该算法进一步提高了稳健性和输出信干噪比。     

基于宽带稳健STMV波束形成的相关检测方法

采用一种宽带相关结合稳健自适应波束形成的检测方法,来提高弱目标在强干扰背景下的检测能力。宽带相关检测具有多目标方位分辨力高的优点,它基于常规波束形成得到,但由于其旁瓣级有限,存在强干扰时会导致其旁瓣区域的相关检测产生凹陷,因此直接影响弱目标的检测能力。通过分析常规宽带相关检测中目标旁瓣区域产生凹陷原因,利用宽带稳健自适应波束形成的干扰抑制能力,提出了一种将宽带稳健导向最小方差波（Steered Minimum Variance,STMV）与宽带相关检测结合的宽带检测新方法。该方法能有效消除相关检测中强干扰的影响,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性。     

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。     

利用DSP器件构成的专用波束形成处理单元

介绍了利用DSP器件构成专用波束形成处理单元的基本算法,电路结构和核心部件。     

一种声呐用多通道相控扫描信号源的设计

随着声呐技术的发展,基阵发射波形也多种多样。为了适应这种多样化的需求,设计了一种可编程的多通道相控扫描信号源。该信号源采用数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)结合的方式,应用DSP计算各个波束的波形数据及其各通道的延时,应用FPGA的精确延时形成各个波束。该设计指向精度高,可生成任意信号波形,任意配置波束组合,可下载并存储预成波形,对波形加窗函数,可实时对延时进行补偿和校准,并能够多个信号源协同工作。在实际应用中得到了成功验证,具有很大的改进潜力和广阔的应用前景。     

Improved Hybrid Precoding Technique with Low-Resolution for MIMO-OFDM System

This paper proposes an improved hybrid beamforming system based on multiple-input multiple-output orthogonal frequency division multiplexing (MIMO-OFDM) system. The proposed beamforming system improves energy efficiency compared to the conventional hybrid beamforming system. Both sub-connected and full-connected structure are considered to apply the proposed algorithm. In the conventional hybrid beamforming, the usage of radio frequency (RF) chains and phase shifter (PS) gives high power and hardware complexity. In this paper, the phase over sampling (POS) with switches (SW) is used in hybrid beamforming system to improve the energy efficiency. The POS-SW structure samples the value of analog beamformer to make lower resolution than conventional system. The number of output data in POS is decided by the resolution of POS system. The limited number of POS decides the resolution of antenna array and the values of POSs are designed from maximum and minimum phase angle antenna array. Energy efficiency without the phase shifter is high although channel capacity is nearly similar with conventional system. Also, the amplifier with POS-SW system is proposed to improve the BER performance. According to the data bits, the output signals of POS are decided. The system with 2, 3 and 4 bits is simulated to prove the proposed algorithm. In order to overcome the loss of low-resolution system, the amplifier with POS-SW system using channel information is proposed. The average sum-rate of 4 bits system shows the similar performance with the conventional hybrid beamforming system. This structure can play an important role by increasing the energy efficiency of the wireless communication system that many antennas are used. It is shown that the BER, average sum rate and energy efficiency of the proposed scheme are more improved than the conventional hybrid beamforming system.     

一种基于累积量的ESPRIT型盲波束形成算法

讨论一种用于非高斯信号源方位估计的盲波束形成算法。假设背景噪声是二阶统计未知的有色(空间相关)高斯噪声,基于“阵元对”模型的ESPRIT方位估计算法可以通过用累积量矩阵取代自相关矩阵完成信号空间的重建。经过这种处理,加性有色高斯噪声可被滤除,因此算法不需要相关噪声矩阵的知识。当加性噪声源是空间相关矩阵未知的有色高斯噪声时,计算机仿真比较了基于累积量的ESPRIT算法与基于二阶统计的ESPRIT算法的性能。     

空域反转阵导向最小方差波束形成

文章研究了基于空域反转阵（Spatial Reversion Array,SRVA）的导向最小方差（Steered Minimum Variance,STMV）波束形成方法。根据空域反转阵的原理将均匀线阵列的快拍进行空间反转,再与原阵列快拍卷积,得到孔径扩大近一倍的空域反转阵,提高阵列性能。将同样的方法用于构造空域反转阵的导向向量,实现其导向最小方差（SRVA-STMV）波束形成。仿真和海试试验结果表明,相较于常规的STMV波束形成,空域反转阵STMV波束形成能够获得更窄的主瓣、更低的旁瓣、更高的输出信干噪比以及更好的多目标分辨能力。     

基于二阶锥规划的稳健低旁瓣自适应波束形成

针对水下成像时圆弧阵常规波束旁瓣级较高,当存在强干扰时容易带来较多虚警的缺点,提出一种基于二阶锥规划的稳健低旁瓣自适应波束形成方法。该方法通过对波束旁瓣进行优化设计,可以将波束旁瓣级进行严格控制,并进一步结合协方差矩阵重构法,使波束形成器的稳健性得到提高,最后将该波束优化问题转化为二阶锥规划问题进行求解。计算机仿真结果表明,相较于其他算法来说,文中算法在波束旁瓣级得到严格控制的同时,可以在存在各类失配的情况下获得更高的输出信干噪比,稳健性更高。水池实验进一步验证了该方法的有效性,该研究成果可以在声呐成像领域应用。     

宽带盲波束形成与卷积混合盲源分离

盲波束形成是在不知道阵形，目标方位以及阵元响应等信息的情况下，只根据阵元输出恢复源信号。现有盲波束形成对窄带信号研究比较多。而对宽带信号盲波束形成论述较少。本文从信号模型，系统框图。处理的三方面说明盲波束形成与盲源分离近似，并指出卷积混合模型盲源分离完全可以作为解决宽带信号盲波束形成问题的一种通用方法。     

非一致性噪声条件下的特征空间波束形成

由于水声环境的复杂性,阵列的噪声分布可能是非一致性的。当阵元噪声功率各不相同时,阵列协方差矩阵特征分解得到的特征子空间与真实目标的特征子空间之间存在误差,导致特征子空间波束形成算法的性能衰减。文章提出了一种新的非一致性噪声条件下特征子空间的估计方法,将阵列协方差矩阵对角线置0,进行特征分解估计的特征子空间将不受阵元噪声非一致性的影响。将该方法应用到特征空间波束形成算法,提高了非一致性噪声条件下特征空间波束形成算法的方位分辨能力。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

不等间距线列阵波束形成

介绍了不等间距波束形成的基本原理和分析方法,分别计算了10元、16元和32元线列阵阵元不等间距分布时的波束图。采用z变换的方法,将等间距幅度加权的波束形成的幅值分布转化为不等间距波束形成的距离分布。仿真结果表明该方法对于第一、第二旁瓣的抑制较好,并且主瓣并未明显展宽。     

稳健宽带自适应波束形成

文章提出了宽带自适应波束形成及稳健设计方法，建立了二次约束宽带波束形成稳健设计模型，从理论上解决了自适应阵观察方向的稳健设计问题，彻底抛弃了自适应阵需要时延补偿的环节。所建立的阵处理器能抵消40dB以上的干扰，工作带宽达到两个倍频程，在理论上为被动跟踪系统设计最佳宽带接收阵和阵处理器作了准备。