抑制运动强干扰的稳健波束域目标方位估计方法

为了减小来自旁瓣区快速运动的强干扰对波束域高分辨方位估计方法的影响,提出一种稳健的波束域高分辨方位估计方法。该方法在形成多波束时,将稳健自适应波束形成与零陷扩宽技术相结合,有效地抑制了运动强干扰所造成的快拍失效和扫描方向误差引起的自适应波束图畸变,从而保证波束域方法能准确地估计目标方位。仿真结果验证了该方法的有效性。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

成像声呐中聚焦波束形成技术研究及实现

介绍了聚焦波束形成的基本原理,分析了一种基于半圆阵的相位补偿方法。通过Matlab仿真得出聚焦波束形成的波束图,相比远场方法,波束宽度减小,旁瓣得到抑制。设计了一种基于FPGA的数字聚焦波束形成器的实时处理结构,使用8组加权系数即可完成成像声呐近场范围内分辨力的改进。通过乒乓操作和并行结构提高处理速度,实时产生72个波束。实验结果表明,所设计的聚焦波束形成器使某型成像声呐近场分辨力得到了提高。     

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。     

基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成方法

提高多波束测深系统的综合精度,不仅需要提高远场精度,近场精度也不可忽视。针对常规多波束测深系统中采用远场近似模型,使得近场精度急剧下降的不足,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(RT-DFBF：Real-time Dynamic Focused Beam-forming)方法。该方法引入相移聚焦波束形成,论证其在多波束测深系统中解决近场问题的可行性,同时深入分析各个影响因素的实时处理情况,提出了一种基于FPGA的实时处理结构,该结构在输入通道为80个、采样率为28kHz、波束数为128个的条件下完成RT-DFBF。水池实验结果验证了该方法的实时性、有效性和实用性,具有重要工程应用价值。     

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。     

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。     

基于最小一乘的虚拟阵元波束形成仿真研究

水下多波束成像系统成像质量的关键主要在于波束形成的质量。在信号频率一定时,常规相移波束形成只有通过增加基阵的孔径来得到更窄的波束,但是在有限的应用条件下,这种方法又受到实际工程的限制。因此,提出一种基于最小一乘估计的虚拟阵元波束形成方法。在低信噪比的情况下,利用最小一乘估计的稳健性可以得到更加准确的估计信号,从而在不增加基阵尺寸的情况下获得更窄和抗干扰性更强的波束,提高阵增益和声呐图像的角度分辨率。通过Matlab仿真并与其他方法比较验证,证明了上述方法的优越性。     

声呐盲波束形成的神经网络实现方法

本文首先对两种盲波束形成的方法进行了分析。针对这类方法计算量大,不利于实时实现的缺点,并结合水声环境和水声信号的特性,提出了两种盲波束形成的神经网络实现方法。一种方法采用在线学习的T-H神经网络,盲估计波束形成的权矢量;另一种方法采用离线学习的径向基函数(RBF)网络实现盲波束形成。由于神经网络的并行性和非线性的特点,使得盲波束形成的运算速度得到了明显的提高,易于工程上实时应用。     

多级背景均衡在多波束LOFAR处理中的应用

被动声纳检测中背景均衡通常是沿着频率或者方位对噪声进行均值估计。为了提高多波束窄带检测能力,需采用一种新的背景均衡方法来估计噪声的均值。针对水下目标辐射噪声的线谱横跨相邻多个波束,将多级背景均衡应用到被动多波束窄带检测中。它是根据所选择的数据窗,沿着频率和方位对多波束LOFAR图进行两维的背景均衡处理。该方法能够有效地抑制目标方位相邻波束线谱,提高多波束LOFAR图中窄带信号检测能力。海试数据处理结果表明,该方法不仅有效,而且计算量小。     

基于凸优化方法的期望主瓣幅度响应波束图设计

将发射阵的期望主瓣幅度响应波束设计转化为凸优化问题,并利用cvx工具箱求解最优加权。首先,根据期望波束的主瓣范围,将空间区域分为主瓣区域和旁瓣区域,再在主瓣区域内将设计波束和期望波束之差的2-范数最小化,并将设计波束图旁瓣级控制在期望值之下。最后,利用cvx工具箱对该凸优化问题进行求解,获得满足要求的设计波束图。通过计算机仿真对所提波束图设计方法的有效性进行了验证。     

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。     

水声基阵波束图分析与优化设计软件

介绍西北工业大学开发的水声基阵波束分析与优化设计软件.该软件针对给定的基阵形式,可以设计期望的波束图,然后通过优化方法获得最优的波束形成权系数.同时软件还可以分析水声基阵的常规波束图和最优波束图,并计算波束图的主瓣宽度、旁瓣级、栅瓣位置、指向性指数等主要指标.软件中考虑的基阵形式主要有直线阵、圆阵、圆柱阵、平面阵、球阵、体积阵等.本软件的有效性通过波束优化设计与分析实例得到了验证.