单矢量水听器的MVDR波束形成性能研究

矢量水听器利用MVDR波束形成器可以对目标信号进行波达方向估计，对三维矢量水听器和二维矢量水听器的MVDR波束形成器的性能进行分析研究。结果表明：三维矢量水听器的MVDR波束形成性能较好，而当干扰信号远小于环境噪声时，二维矢量水听器MVDR波束形成对在水平方向上的目标信号有很高的分辨率。     

基于分子阵预处理的最小方差无畸变响应波束形成方法

针对最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成中背景噪声和旁瓣级对弱目标检测影响问题,提出了基于分子阵预处理的MVDR波束形成方法。该方法首先对线列阵接收数据进行分组处理;然后按搜索角度对各组数据进行相移、相加处理,得到一组新数据;最后按MVDR波束形成思想对该组新数据进行处理,可得到低背景噪声和旁瓣级波束。理论推导分析、数值仿真和实测数据处理结果均表明,该方法对线列阵接收数据进行了分子阵预处理,相比MVDR波束形成,有效提高了线列阵接收数据协方差矩阵中信号含有量和信噪比,输出背景噪声级和旁瓣级得到了10dB以上的改善,降低了背景噪声和旁瓣级对MVDR波束形成检测弱目标的影响,提高了MVDR波束形成对弱目标的检测效果。     

基于矢量对角加载的近场目标定位方法

针对采样数据少的情况下近场最小方差无畸变(MVDR)算法定位性能差的问题,提出一种基于矢量对角加载的近场MVDR定位方法。首先推导了基于任意型矢量阵的近场MVDR算法,并分析了算法在快拍数较少时性能下降原因;矢量对角加载方法利用采样数据协方差矩阵的标准差作为加载量完成对角加载处理,获得改善的协方差矩阵;最后通过仿真和实验数据验证改进算法的有效性和稳定性。验证结果表明,提出的方法能克服小快拍数据的影响,提高水雷对近场区域目标的定位稳定性。     

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。     

基于虚拟时间反转镜的噪声源近场定位方法研究

通过辐射噪声源的空间分布，确定主要噪声源的位置，从而为减震降噪提供有力依据。在近场条件下，辐射噪声源往往不可再被视为点源处理。本文通过聚焦波束形成的聚焦声图技术，建立了近场线列阵定位模型，它可以对空间多目标进行定位，因此有效解决了非点源目标的辐射噪声源定位问题。在浅海，水声信道可看作是相干多途信道，由于多途的影响，声图很容易出现“多峰”“伪峰”以及高的旁瓣级，使定位性能受到很大影响。本文采用虚拟时‘间反转镜技术，充分利用近场条件下信道特征与各信源到基阵相对位置之间的关系，有效对非点源目标的信道进行准确估计，并能良好匹配实际信道。最后通过仿真和实测数据分析，充分验证了这种方法的有效性。     

圆阵宽带恒定束宽波束输出的比幅法测向仿真研究

基于圆阵恒定束宽波束输出的宽带比幅测向法,提出了针对圆阵接收宽带平面波信号的情况采用恒定束宽波束形成,然后对恒定束宽波束输出值解三元一次方程组,获得信号的入射方向估计值,并分别对频谱平坦的线性调频信号和具有特定频谱形状的模拟水下目标辐射噪声信号进行了多次仿真测向试验,且与基于常规宽带多波束系统输出的比幅方法进行了比较,结果表明,该文方法尤其在高信噪比条件下可明显改善由宽带信号通过常规宽带波束形成系统所产生的信号失真而引入的测向误差,其测向精度也优于分裂波束互谱密度法,计算机仿真验证了本文方法的有效性和实用性。     

双线阵的CTA算法研究

在远场目标的假设前提下，研究了双线阵的CTA算法。推导了理想状态下双线阵常规波束形成的方向指向性函数，分析了理想状态下双线阵延时相加和延时相减两种常规波束形成方法左右舷分辨性能。针对传统的双线阵波束形成方法延时相加和延时相减波束形成空间分辨性能差，而传统的高分辨方法一最小方差无畸变响应( MVDR)计算量大、不易在实际系统得到应用的事实，提出双线阵子阵算法，并给出了双线阵CTA算法的表达式和信号处理流程图。理论研究表明：子阵算法尤其是基于延时相加的CTA算法具有计算量小、波束窄、空间分辨性能好而且还有很好的左右舷分辨性能。最后海试数据验证了理论分析结果的正确性。     

多输入多输出天波超视距雷达多模杂波抑制的改进最小方差无失真响应算法研究

多输入多输出天波超视距雷达(MIMO-OTHR)通常利用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成来抑制接收回波中的电离层多模杂波对目标探测的影响。由于MIMO-OTHR的全向性发射、杂波噪声协方差矩阵估计不准确以及有限相干积累时间内训练样本数过少,使传统MVDR输出信杂噪比(SCNR)较低。对MIMO-OTHR中的MVDR算法进行改进,以改善其多模杂波的抑制能力。利用2阶锥规划进行发射波束域预处理,将发射能量集中到主模式角度;在阵列接收端进行阵列平滑,抑制主模期望信号,提高杂波噪声协方差矩阵估计精度;利用MVDR波束形成双迭代算法,降低对计算量与训练样本数的需求。仿真结果表明：改进MVDR算法可有效抑制多模杂波;以较少训练样本及较小计算量,可以获取更高的输出SCNR.     

双重优化的宽带聚焦波束形成算法研究

在相干信号子空间法中确定聚焦矩阵时,对初始方向估计的偏差和聚焦频率选择的偏差都会影响最终的聚焦效果,甚至会使算法失效。针对这个缺陷,提出了一种双重优化的宽带聚焦波束形成算法。该算法利用稳健Capon波束形成算法对聚焦矩阵进行修正,使宽带信号通过修正的聚焦矩阵全部聚焦在最佳聚焦频率上,再对窄带数据利用2阶锥方法实现波束形成。计算机仿真以及湖试实验结果表明,该算法在保证波束恒定的前提下,在各个频率点都具有更低的旁瓣级。     

激光引信的目标回波特征仿真

计算机仿真是一种有效的研究回波信号的方法。基于激光引信的近场散射模型，采用波束分割技术和目标二次曲面法，模拟计算了目标回波功率，并定性给出了目标回波信号的波形和幅度随弹目相对位置的变化规律。     

MVDR波束形成在噪声源识别中的应用

为了确定水下航行器主要辐射噪声源的特性,对各噪声源进行量化排序,本文研究了基于阵列信号处理的可应用于水下辐射噪声源识别的最小方差无畸变响应（MVDR）波束形成方法。使用16个水听器组成接收阵列并通过MVDR算法对采集数据进行解算,实现对各噪声源方位和能级的识别。仿真和试验均证明了该方法的正确性和有效性。     

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.     

基于超波束幅度权的盲空间谱减干扰抵消方法

针对影响拖曳线列阵声纳系统目标检测性能的拖船自噪声与友邻舰艇辐射噪声这两种典型近场强干扰源,提出基于超波束幅度权的盲空间谱减干扰抵消方法。利用超波束技术形成强干扰方位区域的多波束,获取干扰波束的幅度谱。通过合适的谱减策略,将基元域的幅度谱减去干扰波束的幅度谱,得到干扰抵消后的基元域信号幅度谱,继而转换为基元域的频域信号。通过频域块自适应滤波算法完成目标方位估计。宽带仿真结果与海试表明,这种方法在强干噪比和低信噪比条件下比最小方差无失真响应和传统基元域干扰抵消方法在阵增益方面提高约10 dB,能够同时抵消拖船干扰和邻近目标强干扰,且有效降低了检测背景的起伏。     

基于頻段能量归ー化处理的自适应波束形成方法

给出了一种基于频段能量归一化处理的宽带最小方差无失真响应算法。该算法首先将宽带信号的各窄带快拍向量进行能量归一化处理，然后计算窄带输出功率，最后通过对各窄带输出结果进行平均或求和得到最终空间能量谱。它不需要阵列噪声和目标信号的任何先验信息，只要阵列噪声的频谱幅度在频段间的起伏较为剧烈，而目标信号的频谱幅度起伏较为平缓，该方法就能取得较常规处理方法更优的信号检测性能。利用最优信号检测理论证明了该算法的有效性，利用仿真和实际数据进一步验证了算法的性能。仿真结果表明：文中算法较常规处理方法的处理增益提高约4 dB.     

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。     

多途条件下近场声源三维被动定位

为了解决近场被动目标的三维定位问题,在多途条件下提出了一种水平阵定位方法。任意选择扫描深度获得二维声图测量结果,进而在二维扫描平面搜索谱峰,得到目标信源与海面镜像虚源的聚焦点位置;利用它们的几何关系对测量结果进行修正,得到目标的三维坐标。仿真结果表明：不同的扫描深度对定位精度的影响较小;随着目标远离阵列,定位误差逐渐增大;在靠近阵列的区域里,多途聚焦点与直达声聚焦点混叠,方法失效。因此,该方法可以在多途条件下对一定范围内的近场被动目标实现三维定位。     

五元十字阵被动声定位算法及其性能研究

四元十字阵的测向和测距精度受目标方位角的影响，而五元十字阵就可以克服这一缺点。文中研究了基于五元十字阵的低空目标被动声定位算法及其性能。分别就目标测向和测距的精度进行了理论分析和计算．讨论了阵列尺寸和时延估计等诸因素对五元十字阵定位性能的影响。对空中运动目标被动声定位的实际工程应用有重要的参考意义。     

复域压缩感知近场声图测量方法

针对频域压缩感知近场声图测量方法性能下降的问题,基于阵列信号处理中相移与时延关系,按近场扫描位置在复域对各通道数据进行时延补偿和相关处理,建立复域感知矩阵和观测序列构建方法,提出复域感知矩阵近场声图测量模型。以数值仿真和某近场目标定位试验中测得数据为案例,将该模型与频域压缩感知模型处理结果进行对比。结果表明,相比频域压缩感知方法,通过改变观测序列和感知矩阵构建方式,最低信噪比的适应性得到近10lgM dB（M为通道数）的提升,提高了近场声图测量性能。