三维大型任意阵列宽带波束指向性图的快速计算

为解决常规频域直接方法计算大型三维阵列宽带波束图(BP)速度较慢,无法满足大型三维宽带阵优化设计需求的问题,提出了一种适用于大型三维任意阵列的宽带BP图的快速算法。在利用二维非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)伴随操作实现二维阵列BP频域快速计算方法的基础上,引入第三空间频率变量,将与阵元纵向坐标有关的相位因子转化为第三非均匀空间频率,使用三维NUFFT和非线性插值实现了三维阵列BP的频域快速计算;通过理论分析给出了满足BP插值精度要求的最小空间频率划分点数;理论分析表明,在计算误差保持在1%水平时,所提出方法计算量比常规频域直接计算方法降低约一个数量级;仿真验证了上述结论。该算法使得宽带大型三维阵列可以实现基于大量迭代计算的优化设计。     

单基地多输入多输出声呐的方位分辨力

为了研究波形分集和发射子阵对多输入多输出(multiple-input multiple-output:MIMO)声呐方位分辨力的影响,建立了同时适用于MIMO声呐和传统有源声呐的远场和近场波束图推导模型,证明了这两种声呐具有相同的方位分辨力。首先,将MIMO声呐发射阵划分为子阵无重合与子阵有重合两种情况,并对传统有源声呐的发射阵也进行相同的划分。据此,推导出两者的远场和近场阵列流型向量均可表示为发射与接收阵列流型向量的直积。接着,利用阵列流型向量的一致性证明了波束图(远场和近场)的一致性。进一步地,证明了发射子阵有重合的情况等效于对发射阵列进行幅度加权(发射阵列中间部分的阵元权值大于两端部分的阵元权值),其可获得更低的波束图旁瓣级但不能提高方位分辨力。理论分析与仿真结果表明:MIMO声呐的有效孔径等于发射与接收联合孔径,其方位分辨力由发射与接收阵列结构所决定,波形分集和发射子阵并未带来更高的方位分辨力。     

稳健的子带子阵级导向最小方差波束形成算法

导向最小方差(STMV)波束形成是一种利用导向协方差矩阵获得自适应权值的方法,具有快速收敛特性.常规的稳健导向最小方差(RSTMV)波束形成算法在处理宽频带信号时,性能下降明显.为了改善算法的性能,结合频域子带划分和空域子阵划分技术,提出一种多子带不确定集独立约束的稳健子阵级STMV波束形成算法。通过频域子带划分可对不同子带的导向向量误差范数边界进行约束,计算出各子带对应的对角加载量,得到稳健的子带级最小方差波束形成算法权向量;同时采用子阵技术进行降维处理,可进一步增加划分子带的数目,从而提高算法的性能并有效降低计算复杂度,最终得到一种稳健的子带子阵级STMV波束形成算法。理论分析和仿真结果表明,在阵列导向向量存在误差的情况下,该算法在干扰方向形成的零陷最深,且零陷波束宽度最窄,输出信噪比接近理论值,因此性能最佳.实际海试数据处理表明,在强干扰目标存在时,弱目标输出信干噪比较RSTMV算法可提高4 dB,较常规波束形成可提高10 dB,在角度分辨力和算法复杂度方面得到有效改善,同时可以保证目标功率无失真输出。     

基于CFAPA算法的炮弹炸点定位方法

为了获得炮弹炸点的三维坐标,分析了被动五元声阵列定位中的阵元间距和阵型对测量精度的影响,提出了基于CFAPA算法的炮弹炸点定位算法。仿真结果表明:随着阵元间距的增大,定位精度能有所提高,正三角形基阵比圆形基阵定位精度高。并设计了炸点定位系统,进行了炮弹炸点定位的模拟实验。模拟的测量实验结果验证了该炸点定位方法的有效性。     

一种基于有源子阵的车载天线系统结构设计

文章以发射天线阵面为例,结合技术指标要求,从总体思路、系统布局、子阵的划分以及主要部件设计等方面,详细介绍了该可扩展天线阵面的结构设计,为其他同类产品研制提供了一定的经验和思路。     

频域盲源分离与波束形成结合抑制方向性强干扰方法

针对方向性强干扰严重影响无源声呐弱目标检测的问题,提出了频域盲源分离与波束形成结合的干扰抑制方法:以子带分解的方法实现宽带干扰抑制。对每个子带进行频域盲源分离,并估计出各分离信号的方位,将与给定强干扰方位匹配的分离信号置零,利用估计的解混矩阵和处理后的分离信号重构回阵元域信号并进行波束形成实现目标方位估计。声呐模拟器数据与海试数据验证结果表明,相对于传统零陷常规波束形成与零陷最小方差无失真响应波束形成方法有2 dB以上的增益,约6 dB的背景级降低,证明该方法在抑制方向性强干扰方面是有效的。     

光波导阵列电光扫描器的扫描光束边瓣压缩研究

本文针对扫描光束旁瓣压缩的需要,研究了非均匀光波导阵列结构的优化设计。借鉴微波阵列天线优化设计思想,单元间距采取三种不同分布,利用Matlab编制遗传算法优化程序,对不同情况下的非均匀光波导阵列结构进行优化计算,并分析了旁瓣压缩效果。仿真结果表明采用非均匀光波导阵列结构可有效降低旁瓣电平。     

频率自适应最优权重阵列干涉条纹处理技术

考虑长基线水平阵列波束形成对声场模态呈现的滤波特征,建立了一种随频率改变滤波通带的阵列权矢量设计方法。基于简正波理论,结合声场波束形成特点,在分析了常规波束形成信号LOFAR谱图干涉条纹的清晰度和条纹结构不同于单水听器输出信号条纹现象基础上,采用线性等式约束的二次优化模型,给出了一种频率自适应的最优权重估计。数值仿真验证和试验数据分析表明,利用该方法设计的最优权重阵列波束处理,可以滤波出SRBR(Surface-Reflected Bottom-Reflected)或N-SRBR(Non-Surface-Reflected Bottom-Reflected)模态组成的波束形成信号,信号谱图干涉条纹斜率与理论分析基本一致。     

频域宽带下视多波束三维声成像算法

为解决下视多波束三维成像声呐跨航向分辨率差、旁瓣级高的问题,提出一种频域宽带下视多波束三维声成像算法。该算法将阵元域回波信号通过二维傅里叶变换直接变换到波数-频率域,之后进行深度向匹配滤波,同时选取带宽内的频点进行频域宽带信号的相位补偿,再进行二维逆傅里叶变换回阵元域,实现跨航向-深度向成像处理。沿航向采用时域合成孔径方法,得到三维图像结果.计算机仿真和海上实验结果表明,相比于常规的下视多波束三维成像声呐处理算法,改进的方法跨航向主瓣变窄,角分辨率明显提高,旁瓣降低10～30 dB。相比于传统基于分块DFT的频域宽带波束形成,改进的频域宽带方法避免了跨航向处理中的时域分块插值和多次变换域,复数加法和乘法次数显著降低。改进的频域宽带下视多波束三维声成像算法可以有效地获取水下三维高分辨图像,抑制虚影,明显改善成像质量。同时,计算效率高,更适合于实时成像系统实现。     

大规模MIMO阵列波束形成

毫米波通信凭借通信容量大、传输质量高等优点被5G系统采用,并且其中的大规模天线阵列和波束形成技术已经成为5G系统中的关键组成部分。本文主要研究了毫米波通信系统中的波束形成技术。首先研究IEEE 802. 15. 3c标准规定的3c码本和N相位码本。并针对基于以上两种码本产生的波束旁瓣电平过高的问题,本文提出将均匀窗、二项式窗、汉明窗和高斯窗等6种常见的窗函数应用在码本矩阵中的方法,由此获得更优的波束性能。除此之外,还深入研究了3c码本和圆阵码本两种码本的训练机制。