模波束形成及其Robust处理

声源被动测向和定位属于水声学中的逆问题。利用浅海水声环境中传播波的简正波特性，将平面波波束形成的概念加以推广构成模波束形成，可以实现声源定位（深度和距离）或改善两维搜索条件下的信号检测能力。本文论述了这种方法，并给出了常规和最佳模波束形成的计算机模拟实验结果；模拟实验的基阵数据，分别来自对模程序产和的声场和实际声场的采集。文中还研究了实际环境条件下可能出现的模型失配及其对两种模波束形成的影响，以及相应的Robust处理问题。     

波束形成声源识别技术研究进展

波束形成作为一种空间声场可视化技术在声源识别领域得到广泛的研究和应用。概述了传声器阵列测量和波束形成后处理算法的发展历程,分析了其特点,总结了其发展方向,主要包括：声源识别性能更优的传声器阵列开发和算法改进、声源识别的适应性提高、波束形成结果不确定度的研究、基于声品质的声源成像及可视化研究等。对波束形成声源识别技术的认识及进一步的研究提供参考。     

波束形成三维传声器阵列声源识别的改进方法

采用具有倾角的轮型阵列能消除平面阵列对其后方背景声源无抑制能力的缺点,降低对测试环境的要求。通过仿真计算获得了三维轮型传声器阵列波束形成指向图及典型最大旁瓣水平随阵列倾角的变化曲线,分析了阵列倾角对其声源识别性能的影响。在此基础上,提出了阵列多倾角测量声级平均的声源识别改进方法,三种类型声场声源识别的模拟计算结果表明：该方法在准确计算目标声源位置和幅值的同时,相比于一定倾角阵列的单次测量结果可以更有效地同时衰减阵列前方声波和背后背景噪声在聚焦方向上产生的旁瓣干扰,显著地提高了声源识别精度。     

改进的波束形成方法及其在运动声源定位中的应用研究

对行驶车辆辐射声场的阵列信号处理理论进行了应用性研究。参照空间域信号相关函数理论,提出基于相关函数的波束形成方法。通过系统仿真验证,利用该理论进行的空间信号扩展可以使信号接收阵列所需的传声器数目大幅降低,同时对声源定位结果精度影响不大。     

一种基于模滤波的水面干扰抑制方法研究

水面离散干扰源严重影响了声呐对水下目标的检测和定位性能。提出了一种基于模滤波的水面干扰抑制技术。该技术利用水面声源和水下声源激发的简正波模态特性的差异,在初步估计出干扰源位置的基础上,结合模波束形成实现水面离散干扰源的抑制。针对典型的浅海波导环境,进行了计算机仿真实验,验证结果表明:该技术在水面离散干扰源和目标声源位置未知的情况下,实现了水面离散干扰抑制和水下目标定位。较其它方法相比,该技术能自动选择相应的模态滤波器,在抑制水面离散干扰源的同时,保证了水下目标的定位精度。     

交叉层波束形成方法的发动机噪声源识别

发动机噪声源分布复杂,来源多,用人耳很难分辨,利用传声器阵列的噪声源识别技术可以为发动机噪声控制提供客观依据和指导。使用波束形成声源识别方法,对位于不同平面的多个声源进行了仿真识别,并研究了多维声源识别方法,使用交叉层法得到了声源定位的立体结果。结果显示,交叉层法可以有效消减或去除来自识别表面之外的声源在识别表面的虚假投影。最后,针对某发动机产品,使用平面传声器阵列对其上、前、左、右四个面分别进行一次变转速工况时域声压信号采集,使用互谱矩阵波束形成算法,得到各转速下发动机各表面的声源分布图像,并通过交叉层法得到了发动机表面声源的立体分布,准确将声源定位至发动机表面各部件。     

盲波束形成算法仿真及水下试验

盲波束形成技术是针对通信信号的统计性质和确定性性质所构成的一类新的波束形成技术.文中首先对高阶累积量法、基于累积量和特征空间的方法以及最陡下降恒模算法这三种盲波束形成算法进行了详细阐述,然后运用这些算法对单信号源均匀线阵、双信号源均匀线阵、单信号源随机扰动阵和双信号源随机扰动阵四种情况进行仿真.结果表明,三种算法可以进行有效的波束形成,基于累积量和特征空间的方法具有最高的输出信噪比.此外,还通过处理实际水下试验数据验证了这三种算法在实际应用中的有效性.     

基于广义逆波束形成的扩展性噪声源定位误差影响因素仿真研究

实现噪声控制的前提是正确识别出主要的噪声源,研究噪声源空间指向性对于噪声源的辨识和预测有重大意义。为提高复杂声源的分辨率,以单极子点源形成扩展性声源表征噪声源,引进广义逆波束形成算法对扩展性声源进行声源定位。通过仿真计算,分析了广义逆波束形成(Generalized Inverse Beamforming,GIB)算法中麦克风阵列阵元数、测量距离对定位效果的影响,系统比较了去自谱算法和GIB算法对点声源、扩展性声源(5个紧密相连的单极子点源)的分辨率。仿真表明:GIB算法中定位效果受阵元数目影响不大,相对提高了点声源的定位精度,而且能分辨出扩展性声源。     

基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法

为了提高双线阵聚焦波束形成在阵元数少或频率低时的定位精度,文章研究了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。首先在测量区内对双线阵接收信号进行球面波补偿,给出噪声源分布的声图信息。然后根据阵型的参数,计算双线阵的指向性函数。最后利用一种适用于移变阵列的二维扩展R-L反卷积算法,对声图波束输出和双线阵的指向性函数做反卷积,求解基于反卷积波束形成的源的分布。该方法旁瓣更低,分辨力更高,有效提高双线阵聚焦波束形成的定位精度和左右舷分辨能力,为后续的减振降噪、噪声检测等工作提供了参考。     

加窗FIM波束形成性能研究

仿真研究了逆波束形成算法中最核心的傅氏积分方法(FIM)及其两种加权形式,并与常规波束形成(CBF)的仿真结果进行了比较.     

特征波束形成及其模拟实验研究

本文论述一种新的波束形成方法——特征波束形成。对于完全空间相关的平面波信号,基阵协方差矩阵的特征值集中。但在许多实际情况下,波前只有部分相关,从而造成协方差矩阵的特征值分散。本文对完全相关和部分相关的波前信号都进行了处理,研究了DOA(信号到达方向)估计和产生瞬时波束输出波形的问题,并给出了计算机模拟实验结果。     

采用波束形成和传递路径分析的室内噪声源评价

在室内噪声控制中,由于噪声源数量多且室内声场复杂,造成噪声源评价困难。提出一种室内噪声源评价方法：首先根据声源可能存在的位置进行区域划分,然后在各区域内利用波束形成方法进行声源定位,找到该区域A计权声压级最大的噪声源。再将各主要声源对噪声评价位置进行传递路径分析,计算各声源对该位置的贡献量。最后通过传递路径分析合成的噪声与该位置实际所测噪声的误差分析判断主要声源识别的有效性。仿真研究表明该方法能有效降低室内混响对声源定位的影响,减小传递路径方法的工作量,便于找到对评价位置影响最大的主噪声源。     

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。     

空域预滤波的稳健自适应波束形成方法

假定的期望信号方向向量与真实信号方向向量存在误差时,常规自适应波束形成性能将严重降低,针对该问题,提出了一种稳健的自适应波束形成算法.首先利用凹槽空域矩阵滤波器对基阵接收数据进行空域预滤波,消除协方差矩阵中的期望信号分量,然后重构协方差矩阵同时反变换到阵元域,再用重构的协方差矩阵形成自适应波束权向量.由于方法消除了期望信号分量的影响,极大地提高了自适应波束形成算法对系统误差的稳健性.计算机仿真验证了所提方法的有效性.     

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。     

改进的波束形成算法及其在多声源定位中的应用

为提高多点声源工况的定位精确度及简化设备,对传统波束形成算法进行改进。引入改进扫描中的扫描向量并结合遗传算法对求解域内的非线性方程组进行求解,从而提高定位精度。基于改进算法,在消声室内采用空间星型(Y型)传感器阵列对不同声源进行定位,并将结果与传统算法定位结果进行比较。由比较可见:当多个声源相距较近时,这些源等效于单一点源,两种算法定位结果基本一致;但当声源相互距离增大时,改进算法可以有效提高定位精度,并准确定位多个源的位置。     

一种新的稳健CAB盲波束形成算法

通过限制估计的方向向量与真实的方向向量之间的误差范数的边界,提出了一种新的稳健CAB（周期自适应波束形成）盲自适应波束形成算法。该算法克服了方向向量失配引起的自适应波束形成器的性能劣化问题。计算机仿真试验表明,较采用传统对角加载技术的R-CAB盲波束形成算法和WCPO-CAB算法而言,该算法进一步提高了稳健性和输出信干噪比。     

声透镜波束形成技术

介绍了研发的声线追迹程序和声场计算程序对声透镜波束形成的仿真结果,并与实际的透镜波束形成结果相比较。结果表明,仿真程序能够很好的模拟不同角度的入射声束的聚焦位置、波束宽度以及相对幅度,可以用于声透镜设计,大大减少声透镜制作过程中反复通过实验修改透镜参数的次数。     

基于SOC规划的稳健盲波束形成算法

通过限制估计的方向向量与真实的方向向量之间的误差范数的边界,提出了一种基于二阶锥（Second Order Cone,SOC）规划的稳健四阶累积量盲自适应波束形成算法。该算法相较于采用传统对角加载技术的高阶累积量盲波束形成算法和WCPO-RCUM算法而言,进一步提高了稳健性和输出信干噪比。计算机仿真实验表明,该算法具有很好的稳健性。     

频域波束形成的FRFT实现

介绍了一种常用的分数傅立叶变换的快速算法,并将该算法应用于宽带声呐频域多波束形成,与直接计算方法和一些近似计算方法相比具有明显的优势,不仅速度快而且结果与直接计算相同。