逆合成孔径处理技术的水池实验

近年来随着海洋开发及现代高技术条件下海战要求的不断提高，基于合成孔径技术的水下无人航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）目标感知技术研究成为信号处理领域的研究热点之一。针对AUV有限的空间尺和水下航行的特点，给出了基于重叠互相关器阵的聚焦合成孔径处理算法，通过利用重叠阵元冗余的相位信息有效补偿了因运动造成的相位偏差，使得阵列能够同相叠加输出，有效的扩展了孔径。计算机仿真结果以及随后在消声水池中进行的逆合成孔径实验验证了算法的有效性。结果表明：在空间相关长度大于合成孔径长度以及信号时间相关长度大于合成孔径所需时间的水下或海洋环境里，合成阵增益与等长的物理阵增益基本相等。     

基于多通道差分的自适应噪声抵消方法

水下航行器舷侧阵的自噪声是影响其弱信号检测能力的主要因素。为减小其影响，通常除了采用物理降噪、主动降噪等方法外都还采用自适应噪声抵消技术。由于自噪声产生和传播的复杂性，以噪声源附近加速度计输出作为参考信号的自适应噪声抵消效果较差。考虑到自噪声和远程目标信号空间的差异性，充分利用阵列上不同位置水听器接收到的信息，本文提出了多通道输出延时求差形成多路参考信号的自适应抵消方法-MD-ANC方法。湖试结果表明，该方法噪声抵消效果显著而且实现方便。在同样的实验环境下，最低检测信噪比相对于未经处理的降低了约4—5 dB；波束形成后，信噪比提高3～5 dB.     

一种具有舷侧阵自导鱼雷的弹道设计与仿真

舷侧阵自导鱼雷改变了以往前视自导系统的工作频率、阵列孔径、自导作用距离以及目标识别方式的限制,具有自导作用距离远、探测目标能力强的特点.针对舷侧阵自导系统探测范围为鱼雷两侧扇面,而鱼雷正前部扇面是舷侧阵自导系统的探测盲区的特点,给出了舷侧阵自导鱼雷弹道设计的数学模型,首次研究了舷侧阵自导鱼雷的搜索、跟踪、导引及攻击命中...     

一种新的频域波束切换算法

传统的时域波束切换算法( TDSB)在接收基阵阵元数少、单元接收信噪比低的情况下法正确检测指向信号入射方向的波束,获得阵增益。不适用于水下无人航行器(UUV)远程水声信系统。针对这一问题,提出了一种频域波束切换算法( FDSB)．该算法通过在频域中比较各波输出信号频谱峰值的大小对波束进行选择、切换。利用设计的UUV声接收基阵对算法进行了能仿真和湖试实验。仿真结果表明：FDSB算法在单元接收信噪比为 10 dB的情况下仍可以定、正确的切换波束;湖试25 km距离上通信实验结果表明：在UUV与信号发射端有相对运动情况下,应用本文提出FDSB算法对波束进行选择、切换,通信误码率小于10-4.     

基于子阵协方差矩阵的线列阵扩展

针对现有线列阵扩展方法低信噪比时信号检测与波达方向估计性能下降、鲁棒性差、要求信源信号具有非圆对称性等问题,提出一种线列阵扩展方法。该方法将线列阵按奇、偶阵元分成两个子阵,通过两子阵的协方差矩阵消除噪声的影响,利用两子阵的协方差矩阵及线列阵旋转不变性重构阵列接收数据,实现一维线列阵扩展。仿真和实测数据处理结果表明,该方法降低了波束输出旁瓣,提高了弱目标的探测性能,不要求信源信号具有非圆对称性,具有较好的工程应用价值。     

单矢量水听器时空变换技术研究

提出了一种基于单矢量水听器的信号处理新技术。方法通过对单矢量水听器各通道时域采样数据进行分解,将单矢量水听器等效虚拟为具有空间孔径的半波均匀直线阵。与单矢量水听器相比,虚拟后的阵列具有更窄的空域指向性波束。利用虚拟阵列的快拍数据可完成对空间目标方位估计,且可对宽带和窄带信号在频率或时域进行处理。新方法无需进行阵列流型的校正,因而具有更强的鲁棒性。理论分析和计算机仿真表明,在各向同性噪声场中,对于窄带或宽带目标,新方法具有比单矢量水听器MUSIC算法更好的方位估计性能。湖上试验验证了算法的有效性。     

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。     

非理想条件下分布式MIMO雷达目标检测

针对任意波形相关、任意阵列配置情况下分布式MIMO雷达目标检测问题,提出了一种基于Cholesky分解的MIMO雷达检测器;首先分析了分布式MIMO雷达回波的相关性,并给出了任意阵列配置时MIMO雷达检测算法;同时,为了解决发射波形相关矩阵出现奇异性导致无法获得检测统计量的问题,提出了基于Cholesky分解的分布式MIMO雷达检测方法,给出了统一框架下的检测统计量表达式,推导了虚警概率和检测概率的近似解析式;研究得出:在低信噪比情况下,相关性越大,检测性能越好;在高信噪比时,相关性越小,检测性能越优;最后数值仿真验证了理论分析的有效性和正确性.     

基于自适应Notch滤波器的矢量阵多目标分辨研究

为解决水下小平台上的多目标分辨问题,提出了一种基于自适应Notch滤波器的矢量阵波束形成方法.给出了矢量阵自适应Notch滤波器波束形成原理与波束图分析,利用自适应Notch滤波器的频率选择与矢量阵空间指向性,实现了多个目标的检测与分辨.理论分析与计算机仿真表明,该方法的多目标分辨性能优于矢量阵常规波束形成方法.     

宽带波束域高分辨方位估计方法的性能研究

宽带波束域处理是实现水下目标高分辨方位估计的重要途径.文中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统计性能,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.研究揭示了宽带阵增益是波束域高分辨方法获得良好性能的本质,阐明了其性能与波束数目、相邻波束重叠量的关系,并给出了波束数目、波束重叠量的选择准则.     

基于虚拟仪器的轴承外径测量系统

基于虚拟仪器技术的在线轴承外径视觉测量系统,被测轴承由机械工作平台送至光源,利用低分辨率面阵CCD对轴承外径粗定位.再用步进电动机驱动高分辨率线阵CCD实现轴承外径图像扫描,通过高精度光栅传感器对线阵CCD采集行位置同步计量.通过数字处理得到外径数值,并与预置标准尺寸比较,判断其是否合格.轴承外径的图像预处理及其边缘提取,通过调用IMAQ Vision和LabVIEW相关函数实现.     

一种用于水下小尺度运动阵列的目标波达方向估计方法

为解决水下小尺度运动阵列对目标定位的孔径和样本不足问题,采用合成孔径方法实现孔径的扩展。通过分析相干信源情况下不同阵元数与样本数之比时样本协方差矩阵的谱分离特性,提出采用小快拍的主特征空间目标波达方向估计方法。研究结果表明：仿真实验中,阵元数与样本数之比为5时,该方法依然可以正确分辨4个目标;水池试验中,阵元数与样本数之比为4.8时,该方法同样可以准确分辨3个相邻目标。该方法不需要先验信息如信源个数等,解决了小尺度运动阵列在实际应用时所暴露的孔径和样本方面的固有局限,可满足实际应用需求。     

机载相控阵雷达多分辨率成像研究

根据对相控阵天线孔径色散效应分析,设计了机载合成孔径雷达( SAR)试验系统在不同分辨率下的信号波形。针对多普勒波束锐化( DBS)模式不进行越距离单元走动校正(MTRC)和回波2次相位匹配的缺点,采用MTRC补偿和2次相位匹配滤波的方法提高了DBS的分辨率;针对斜视SAR距离走动大和距离弯曲小的特点,采用时域校距离走动、频域校距离弯曲的成像方法,并对其3次相位进行修正,有效扩大了方位聚焦深度。初步试飞结果验证了系统设计和处理方法的合理性。     

分集路径相关时MIMO雷达的检测性能

针对分布式MIMO雷达分集路径相关时对检测性能影响问题,基于有限散射点目标模型,在Neyman-Pearson准则下研究了分集路径相关时分布式MIMO雷达检测方法和性能;该检测器的充分统计量服从加权卡方分布,推导得到了检测概率与虚警概率的近似解析表达式;数值仿真表明：分集路径相关会降低分布式MIMO的空间分集能力,在高信噪比时,MIMO雷达的检测性能随着分集路径相关性的增强而恶化;而在低信噪比时分集路径相关性能够改善检测性能。     

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.     

垂直阵时反聚焦的目标被动定位方法研究

时间反转被动定位技术是一种可以在无需目标合作的条件下,实现被动相干源能量时空自适应聚焦,确定浅海被动目标位置的信号处理技术.提出了垂直阵时反被动定位(APTRM)技术的具体实现方法,为提高算法的处理增益、定位精度和定位稳健性,对算法进行了改进.进行了水池实验和海试,试验结果验证了所提算法的正确性和实用性.研究结果表明:...     

一种适用于激光引信的激光扩束整形光学系统

介绍一种适用于线阵激光器光束扩束整形的光学系统设计方案。内容包括用途简述、研究思路、设计难点、解决方法及仿真测试结果。本光学系统主要用于激光主动探测系统的光源整形发射,运用到光学设计中的非球面、反射、折射、全反射等理论。可实现线阵激光器光束大视野角扩散,光束在视野角内扩散后能量分布按实际需求达到两边高、中间低,弥补使用中边缘视野比中间视野距离目标更远、探测性能降低的实际情况。     

一种新的基于霍夫变换的信号源个数估计方法

确定信源个数是许多阵列信号处理算法的基础。提出了一种利用霍夫（Hough）变换估计信源个数的新方法。该方法通过Hough变换将观测数据的采样协方差矩阵的排序特征值点投影到Hough参数空间，通过检测Hough参数空间中积累的峰值来估计噪声特征值的数目，从而确定信源的个数。仿真结果证明了新方法的检测性能要优于著名的AIC和MDL准则，并且新方法在低信噪比下也能获得较高的检测概率，为低可观测目标的检测提供了一条有效的途径。     

一种用于微弱目标检测的帧间移位累加方法

提出一种用于微弱目标检测的距离-多普勒域帧间移位累加方法,即针对相对于雷达作径向匀速直线运动的目标,利用雷达回波数据的多普勒信息,预测目标的速度及其位置变化,并通过多帧信号的移位累加来提高信噪比,从而有效地检测弱小目标。该方法充分利用了目标信号帧间相关而噪声点帧间不相关的特点,能有效地降低虚警概率及漏警概率,提高对弱小目标的检测性能。     

基于改进快速区域卷积网络的目标检测轻量化算法

基于深度学习的目标检测算法已成为合成孔径雷达（SAR）图像目标检测任务的主流。深层网络通常具有大量参数,运行速度不能满足实时要求,难以在资源受限的设备(如移动端)上部署。考虑到对模型实时性和可移植性的要求,对双阶段目标检测算法快速区域卷积神经网络进行轻量化改进,比较不同改进方法对算法速度与精度的影响。结合SAR图像的特点,优化轻量化模型,与单阶段目标检测算法的单脉冲多盒检测网络对比。仿真实验结果表明,改进轻量化模型在保持原有精度水平下,模型占用内存和算法运算量大大减少,可有效满足SAR图像目标检测的实时性要求。