旁瓣约束方向不变恒定束宽波束自适应综合

将自适应加权方法应用于波束图的主瓣控制研究,提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。在波束图旁瓣区域引入若干虚拟干扰源,自适应调整干扰强度,改变波束形状。以主瓣某一指向的波束宽度为参考,以每次迭代后波束图最低旁瓣峰值与主瓣峰值的差作为下次迭代运算的预设主旁瓣比,在保持主瓣区域宽度不变的情况下,用自适应综合的方法获得不同主瓣指向上的最低均匀旁瓣。将该算法应用于均匀线阵和半球面阵,均在±60°的范围内得到了方向不变恒定束宽波束。研究表明,该算法不仅适用于均匀线列阵,也可用于任意结构阵列。     

一种基于Notch滤波器的恒定束宽波束形成技术

对于存在不同线谱成分的宽带信号而言,提取这些线谱成分进行恒定束宽波束形成,可以达到增强信号的目的。自适应陷波器(Notch滤波器)具有频率跟踪和相位估计的特性,基于此提出了一种自适应恒定束宽波束形成技术。对于基阵接收到的信号,以其各阵元之间的相位差为媒介,在Notch滤波器离线重构相移波束形成中提取\"低频慢变化\"的相位信息,对其进行补偿,使输出的重构信号具有\"高频快变化\"的相位信息,以此将不同频段的信号进行恒定束宽波束形成。以舰船辐射噪声为例,通过仿真和实验研究证实了该方法的有效性。     

滤波求和恒定束宽波束形成器设计

文章在深入分析连续阵的恒定束宽波束形成理论基础上，将阵元权系数等效为两级滤波器，第一级只该与基阵的孔径分布有关，第二级只与基阵的维数有关，给出了滤波器的设计方法。通过时域的滤波求和实现恒定束宽波束形成，避免了频域分解，降低了运算量。该方法可用于一维、二维和三维情况，并且适用于任意带宽。基于非均匀线阵的计算机仿真表明该方法的恒定束宽效果是令人满意的。     

基于协方差矩阵加权的任意阵列宽带恒定束宽波束形成方法

提出了基于协方差矩阵加权方法的恒定束宽波束形成方法,它适用于任意几何形状和阵元方向性的传感器阵列。设计方法为：首先将设计频带分成若干子带,采用优化方法,通过对各子带波束施加约束,设计出具有设定波束形状的各子带波束。然后,对各子带波束进行能量综合,完成宽带信号处理。该方法解决了协方差矩阵加权波束形成方法在宽带系统中会出现的频谱畸变问题．提高了其宽带信号处理性能,为此类的宽带系统设计提供了理论支持。通过计算机仿真和湖试实验数据验证了方法的正确性。     

基于恒定束宽波束输出的宽带相干源高分辨测向

本文给出了基于恒定束宽波束输出的宽带相干源分辨测向方法。计算机仿真表明本方法在降低运算量的同时,得到了优于相干信号子空间方法的方位估计性能。     

超波束(HBF)用于波束锐化

介绍了一种波束锐化技术,即超波束形成技术（Hyper Beamforming,HBF）,可以在减小波束宽度的同时抑制旁瓣,提高目标检测性能及方位估计能力。该方法结合常规空间加权可以进一步降低旁瓣,从而可以利用较小规模的基阵尺寸,实现大基阵的检测性能。文中给出了恒定束宽HBF实现所需系数,并将该方法应用于CW及FM信号处理,给出了预期的仿真结果。     

基于矢量水听器阵的恒定束宽波束形成器的原理与设计

摘要：在对水下目标进行探测识别的应用中，一般要求声纳系统具备在较宽频带内形成恒定束宽波束的能力：过去对声纳恒定束宽波束形成器的研究一直针对声压水听器阵，近来随着对矢量水听器认识的深入，开展基于矢量水听器阵的恒定束宽波束形成器研究越发变得必要。本文正是体现了作者在这一方面的阶段性研究成果。文中首先介绍了单个矢量水听器的指向特性，接着提出了矢量水听器阵宽带恒定束宽波束形成器的实现原理和设汁方法，并以均匀等间距线阵为例，给出了获得实现恒定束宽算法所需频域加权矩阵的步骤，之后又进一步给出了恒定束宽算法的频域实现流程，并通过计算机仿真验证了其有效性：     

水下干扰抑制的稳健宽带自适应波束形成算法

针对水下平台协同探测时如何抑制直达波干扰和其他平台辐射噪声干扰的问题,提出了一种水下干扰抑制的稳健宽带自适应波束形成算法,在空间响应变化约束(spatial response variation, SRV)、期望导向向量失配误差边界约束以及阵列响应零陷扩展约束条件下,建立宽带自适应波束形成优化模型,并求解波束形成权向量。该算法首先在时域宽带自适应波束形成模型中引入空间响应变化约束来保证宽带恒定束宽波束形成;然后引入最差情况性能最优(worst-case performance optimal, WCPO)的期望导向向量误差边界约束来设计宽带稳健自适应波束形成器,克服阵列导向向量误差对波束形成性能的影响;最后针对协同探测系统中存在的干扰源角度变化问题,从宽带自适应波束形成器协方差矩阵的定义形式出发,推导出一种空时域锥化矩阵来处理协方差矩阵,可扩展阵列响应的零陷宽度。对宽带直达波干扰和其他平台辐射噪声干扰的仿真试验表明：该研究在实现恒定束宽波束形成的同时,具有较好的抗干扰性、稳健性和零陷宽度扩展性。     

近场波束形成的约束最小平方和法

文章研究了近场情况下的波束形成问题。对于任意结构阵列,提出了近场波束形成的一种约束最小平方和法,用近场信号模型来设计近场波束。该方法借助于优化工具箱,在对波束旁瓣施加约束的条件下,使波束主瓣的误差平方和最小。该方法在主瓣区域和旁瓣区域都能得到满足设计要求的波束性能,可以方便地控制期望响应,简单易行。基于32元均匀离散圆阵的仿真设计结果表明了文中方法的有效性。     

采用约束最小平方和法实现近场波束形成

本文研究了近场情况下的波束形成问题。对于任意结构阵列,提出了实现近场波束形成的一种约束最小平方和法,由近场信号模型来设计近场波束。该方法在对波束旁瓣施加约束的条件下,使波束主瓣的误差平方和最小,可借助于优化工具箱实现。该方法在主瓣区域和旁瓣区域都能得到满足设计要求的波束性能,不仅可以方便地控制期望响应,而且简单易行。基于32元均匀离散圆阵的仿真设计结果表明了本文方法的有效性。     

Implementation of broadband low-sidelobe beamforming in time domain

In modern active and passive sonar systems, broadband beamforming for acoustic arrays is widely used to suppress unwanted interference and to detect target signals of interest. A broadband low sidelobe beamforming scheme in time domain is proposed in this paper. The first step of this scheme is to delay the outputs of each element in the acoustic array by a tapped-delay-line (TDL) to accomplish the integer part of the time delay need to form a beam. Then, finite impulse response (FIR) digital filters are used to implement the fractional part of the time delay. The weighting coefficients for all array elements at different frequencies to realize the low sidelobe beams are also implemented with the FIR digital filters. Finally, the outputs of the digital filters are summed up to yield the time domain beam output. The design of low sidelobe beam pattern and that of the FIR digital filters are two crucial technical issues in this beamforming procedure. The low sidelobe beams of each sub-band are designed using the optimized beam synthesis approach based on the principle of MVDR beamforming. An improved adaptive approach are used for the design of FIR digital filters, and the design requirements of these filters were specified by the weights of low sidelobe beams of each sub-band over the broad frequency band. Results of computer simulation for a twelve-element arc array show that the beamforming scheme is very effective in forming low sidelobe broadband beam.     

SAVSTMV波束形成算法研究

矢量阵常规波束形成(Vector array Conventional Beam Forming,VCBF)能够消除普通单线阵左右舷模糊现象,但VCBF波束宽度受到\"瑞利限\"的限制,不能分辨同一波束内的多个目标。矢量阵导向最小方差(Vector array STeered Minimum Variance,VSTMV)波束形成算法是一种宽带自适应波束形成算法,具有高分辨力和抗干扰性能。VSTMV波束形成直接在阵元域进行,计算量较大且稳健性差,不利于实时实现和应用。提出一种分子阵VSTMV波束形成算法(Sub-Array Vector array Steered Minimum Variance,SAVSTMV),可有效降低计算量,算法稳健性更强。通过理论研究和仿真计算,证明该算法比矢量阵常规波束形成算法具有更好的性能,有利于实际应用。     

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.     

Maximum confidence measure-based dual-microphone beamforming direction and beamwidth steering algorithm for robust speech recognition

This paper proposes a maximum confidence measure-based closed-loop dual-microphone beamforming direction and beamwidth steering algorithm to facilitate robust speech recognition. This technique involves feeding back the confidence measure reported through a back-end speech recognizer, automatically steering a front-end microphone array to optimally identify the correct speaker direction and array beamwidth. The technique enables users to move around freely and directly improves overall system performance. The experimental results from a voice command task show that the proposed approach demonstrated superior performance.     

基于晶体双折射的光学FIR滤波器设计

提出建立在晶体双折射基础上,由晶体延迟片堆组成的光学FIR（Finite Impulse Response)滤波器设计方法,用以实现任意形状光谱输出。从FIR信号理论出发,建立了光学FIR滤波器数学模型,并分析了它与FIR滤波器的映射关系。在给出“输出反向传递法”来完成其光学实现同时,还以G／M滤波器设计实例证明其优良的光谱特性及角度特性。     

任意四元非平面阵的定向性能分析

定向精度是被动声纳系统重要技术指标,合理的阵结构可以提高其定向性能。建立空间任意四元阵模型,利用矩阵变换推导出定向的最小二乘解并从理论上给出方位角估计的误差公式,求得方位角估计方差的均值最小和不受方位角影响应满足的条件。借助计算机仿真给出俯仰角的估计误差的定性分析。最后得到空间四元阵在满足一定的空间结构时具有最佳的定向性能,为四元阵设计提供了参考依据。