水下声接收基阵多波束形成的实验研究

波束形成系统是声纳的核心部件之一, 是声纳具有良好的战术技术性能的基础。波束形成中的一个重要问题是波束图的优化设计。在实际应用中, 采用理想阵列流形设计波束往往会引起实际波束的性能下降。本文结合实际水下声接收系统, 深入研究了声纳基阵的多波束优化设计问题。文中由测量数据得到实测阵列流形, 进而利用此实测阵列流形进行波束图的优化设计。仿真结果表明了这种方法的有效性。     

基于声场预报的共形阵波束优化方法与实验研究

在工程实际中，声接收基阵波束设计和优化的一个重要问题是实际阵列流形的获取。由于实际测量阵列流形的工作面临很多困难，难以推广使用，本文提出声场预报的方法，使用ANSYS和SYSNOISE软件模拟测量阵列流形的过程，通过对复杂结构基阵的声场进行数值预报，得到了与实际相符合的基阵阵列流形，并通过共形阵水池实验验证了该方法的有效性。     

适用于相干信号高分辨测向的方向向量重构算法

针对浅海波导中相干多径信号的波束形成与方位估计问题，提出了一种相干信号方向向量重构算法。该算法利用特定几何结构基阵阵列流形所具有空间平移不变性，基于特征分解估计出的空间特征向量，重构出基阵对每个相干信号的方向向量，再利用方向向量扫描得到的波束图中谱锋的位置估计出信号的方位，从而实现了对入射到基阵上的所有相干信号的捕获与方位估计。由于相干信号的方位估计过程是相互独立的，因此方向向量维数的减小并不会降低算法的角度分辨力。水池实验数据处理结果验证了该方法的有效性。     

基于复合阵鱼雷声成像方位分辨率提高方法

研究了鱼雷基于预成空间密集波束进行声成像目标识别和精确制导的基阵设计与波束形成方法.针对鱼雷孔径小、空间尺度和可容纳的信号处理硬件规模有限等特点,提出了鱼雷声成像的非均匀复合基阵设计方法以及基于该复合阵设计的波束形成方法.与传统的鱼雷自导等效均匀线列阵设计相比,在相同阵列物理孔径条件下,该方法改善了波束空间指向性,提高了波束空间方位分辨力,在相同波束配置的要求下,该方法减少了阵元数和接收通道数,减小了阵列孔径及信号处理的硬件规模.仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

小孔径基阵对大气中多个声源的定向方法

将宽带无失真波束形成技术与基于时延的声被动定向方法相结合,针对小孔径基阵提出了对多个声源的定向方法.该方法首先预形成指向4个方向的宽带无失真波束,各自的主瓣区域把整个空间分为4个不同的测量区,然后分别将这4个波束形成器的波束输出作为参考点接收到的声信号,利用基于时延的定向方法定向处于不同测量区的声源.此方法使基于时延的声被动定向方法具有了一定的多源分辨能力,对提高和改进声被动探测系统在实际使用中的性能有重要意义,仿真试验验证了该方法的正确性.     

火箭噪声下的自导信号检测与参数估计

主要研究了某种高背景火箭噪声下的信号检测和参数估计;设计和研制了一种常用矩形平面声基阵,基于声基阵研究了CBF、MVDR等波束形成算法;通过湖上试验数据验证了2种算法在基阵信号上的可行性及性能,并对这2种算法进行了对比。结果表明:相比于常规波束形成方法,MVDR可用于高背景噪声下的信号处理,并能获取最优空间增益并且具有更好的指向性。     

宽带数字波束形成工程应用研究

研究了宽带数字波束形成器技术在鱼雷声学基阵上的应用，建立了时域、频域波束形成器模型，对其工程实现的性能进行了仿真，确定了接收波束配置，提出了延迟采样的工程简化实现方法。     

基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法

传统的基于广义旁瓣相消器(GSC)的降秩自适应波束形成算法,降秩矩阵大多数需要通过特征值分解获得,而特征值分解会带来新的大运算量,大大限制了算法的工程实现。提出了一种新的基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法(FRGSC)。该算法直接利用广义旁瓣相消器下支路的中间快拍数据来构造降秩矩阵,利用所有可以利用的快拍数(多于干扰个数的快拍数)来构造降秩矩阵。基于GSC的传统降秩算法构造降秩矩阵需要的运算量为O((N-1)3)(N为自适应自由度),而FRGSC算法构造降秩矩阵只需要一次复数乘法和少量复数加法,所需运算量大大降低。该方法在实际应用中具有更优的实时性,适用于大阵列连续波体制雷达。仿真结果证明了所提出的基于广义旁瓣相消器的快速降秩自适应波束形成算法具有很好的波束形成性能,验证了算法的有效性。     

惯导辅助的波束形成技术研究

介绍了惯导辅助的波束形成技术,该方法实时装订目标的位置信息并通过惯性测量模块实时输出载体自身的位置、姿态信息,将这些信息经过适当的坐标平移和转换,计算出波束指向向量,并进一步计算出阵列天线的俯仰和方位角,更新阵列天线的权值并进行波束形成。和传统波束形成算法相比,本算法角度计算不受信噪比的影响,可以保证低信噪比环境下阵列天线的信噪比增益不会损失,是设计高增益接收机的关键技术,缺点是硬件平台需增加惯性测量模块。     

基于自适应理论的圆柱形阵列波束赋形算法

基于自适应天线阵理论,研究共形阵的赋形算法,给出一种用于圆柱形阵列天线三维方向图的波束赋形算法。该方法通过迭代获得一组最优阵元激励幅相加权值,可以同时控制阵列波束的方向、形状和副瓣电平。通过圆柱形阵列的仿真计算得到满足设计要求的三维平顶波束和余割波束方向图,证明这种算法的有效性。     

采用等距ニ元矢量水听器直线阵的ニ维波达方向估计

为了减小传统四元矢量水听器阵的尺寸和减少冗余阵元，提出了采用等距二元矢量水听器直线阵的二维波达方向( DOA)估计方法。每个阵元（矢量水听器）由空间共点的一个声压水听器和一个振速水听器构成。其中声压水听器阵可以被划分为2个子阵，它们构成旋转对，旋转因子为包含某一轴方向余弦信息的相位延迟因子。振速水听器阵可以被划分为2个子阵，它与声压水听器阵构成旋转对，旋转因子为另一轴方向余弦。基于旋转子空间不变法( ESPRIT)的思想，采用并行总体最小二乘(TLS)矩阵束方法实现对旋转因子的估计和自动配对，从而实现二维DOA佶计。计算机仿真实验结果证明了该方法的有效性。     

流形分离在非均匀圆阵上的应用

流形分离技术(MST)将任意结构阵列的阵列流形矢量分解为采样矩阵(只与阵列结构有关)和范德蒙德结构矢量的乘积(只与来波有关),使只适用于均匀线列阵的DOA估计方法可用于任意结构阵列.建立了任意结构阵列模型,选取非均匀圆阵作为研究示例,将MST中采样矩阵的求取转化为最小二乘问题,而后利用root-MUSIC对范德蒙德结构...     

用于宽带测向的广义阵列流行内插算法

文中把阵列流行内插宽带测向算法应用到均匀线阵上，并给出了求变换矩阵的另外两种方法。与通常的宽带信号子空间方法相比，提出的算法不需要对波达方向进行预估计，且具有对相干宽带信号进行测向的能力。理论分析和仿真实验证明了文中测向算法的有效性。     

Research of the Adaptive Beamformer Based on the Frequency Energy Normalization

An algorithm of broadband minimum variance distortionless response （MVDR） based on the frequency energy normalization is proposed. First, every narrowband frequency component of the broadband signal is normalized by the total narrowband energy of all array elements, and the narrowband power is calculated by MVDR. Finally, final spatial energy spectrum can be obtained by averaging or summing all results of every narrowband frequency bin. Any prior-information about the noise or the signal is unnecessary for the proposed method in this paper. The processing gain of the proposed method compared to the conventional broadband MVDR can be obtained as long as the amplitude fluctuation of the array noise frequency spectrum is severer than that of the target signal. The validity of the method is validated by the optimal signal detection theory. Simulation and real data are used to validate the performance of the method. Analysis results show that about 4 dB processing gain compared to the general broadband MVDR can be reached by the proposed method.     

宽带波束域高分辨方位估计的阵增益分析

宽带波束域处理分辨门限低,性能优于阵元域处理方法,是实现水下目标高分辨方位估计的重要途径。本文应用宽带阵增益分析研究了宽带波束域高分辨估计方法的性能,通过仿真计算了宽带阵增益和宽带波束域高分辨方法方位估计误差曲线,给出了宽带阵增益与分辨门限改善量的关系,并给出了宽带波束域方法中波束数目、波束重叠量的选择准则。研究结果表明,阵增益是波束域方法获得良好性能的本质,采用波束数目少、重叠多的宽带密集多波束系统,有利于改善宽带波束域高分辨方法的性能。     

基于多普勒信息的盲波束形成方法在声呐信号处理中的应用研究

本文针对水声环境和水声信号的特点，提出了一种可用于任意阵形的自适应神经网络盲波束形成方法。该方法在未知基阵响应向量的情况下，利用水声信号多普勒频率信息，估计波束形成的权矢量，采用神经网络的方法实现盲波束形成，从而避免了矩阵的求逆运算，不但减小了运算量而且易于用硬件实现。此外该算法具有收敛速度快、鲁棒性强、估计精度高等优点。通过拖曳阵和体积阵的仿真实验，验证了所提出方法的有效性和正确性。     

基于低轨卫星通信K/Ka 车载相控阵设计

针对卫星通信地面车载终端,提出一种K/Ka 频段相控阵设计方案为用户终端提供卫星信号通信服务。相 控阵雷达(phased array radar,PAR)收发系统的接收采用单馈宽带贴片微带天线,发射采用双馈贴片微带天线;通过 对单个阵元进行旋转形成2×2 子阵;相控阵天线在方位360°和俯仰60°锥形范围内扫描。实验结果表明：该方案能 实现圆极化功能,结构紧凑,提高扫描轴比性能,阵列的增益、阻抗和轴比带宽可达到30%。     

一种声矢量阵最小方差无畸变方位估计算法

针对声矢量阵最小方差无畸变（AVAMVDR）算法,综合考虑角度分辨与单边指向特性,提出一种改进的AVAMVDR（IAVAMVDR）方位估计算法。从空间功率与子空间分解两方面分析了传统AVAMVDR算法特性;利用解析振速与声压-振速抑制各向同性噪声能力,介绍两种协方差矩阵构造方法,并在此基础上实现目标方位估计。理论分析表明, IAVAMVDR算法有效减小了信号子空间影响,使得主瓣更窄、旁瓣更低,并具有一定的抗左右舷模糊能力;仿真与实测数据均证明了该算法的有效性。     

波导缝隙阵引信天线的设计和仿真

介绍了缝隙单元在波导宽边中心线一侧排列的线阵的设计过程，然后应用有限无法来求解缝隙间存在互耦、阵列终端接匹配负载时的缝隙阵天线的方向图，并与实际测量结果进行比较，仿真结果与实验结果吻合。