一种简单的宽带基阵设计和处理方法

文章提供了一种简单的基阵设计和处理方法 ,这种方法利用 3个均匀子线阵 ,通过调整每个子阵的基本间距 ,来改变子阵的指向性函数 ,使得 1个子阵的指向性函数的栅瓣或旁瓣对应另 1个子阵指向性函数的零点 ,最后把 3个子阵的指向性函数相乘 ,得到总的指向性函数。由于 1个阵的指向性函数的零点抵消另 1个阵的指向性函数的栅瓣或旁瓣 ,这样可以得到比较好的指向性函数。因为 3个子阵的疏密程度不一 ,使得它们的栅瓣相互错开 ,因而特别适用于宽带信号     

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。     

水声基阵波束图分析与优化设计软件

介绍西北工业大学开发的水声基阵波束分析与优化设计软件.该软件针对给定的基阵形式,可以设计期望的波束图,然后通过优化方法获得最优的波束形成权系数.同时软件还可以分析水声基阵的常规波束图和最优波束图,并计算波束图的主瓣宽度、旁瓣级、栅瓣位置、指向性指数等主要指标.软件中考虑的基阵形式主要有直线阵、圆阵、圆柱阵、平面阵、球阵、体积阵等.本软件的有效性通过波束优化设计与分析实例得到了验证.     

声学基阵波束性能仿真与分析

声学基阵的波束指向性函数具有统一的表达式,运用符号运算的方法,可得到任意阵型声学基阵的波束指向图.论文在仿真计算几类代表性阵型波束图的基础上,以柔性垂直阵为例进一步分析了工程实际中基阵的波束性能.在拉伸作用下和海流作用下基阵波束性能会发生变化,阵元间距与波长比可根据主旁瓣比及栅瓣控制要求进行限制,阵的配重可根据阵弯曲后波束性能的变化进行设计.     

换能器组阵对声场指向性的影响

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列指向性的影响,为高指向性噪声的控制和声武器对抗提供帮助。     

圆环形阵列理论最优指向性研究

0引言超指向性波束形成方法能获得比常规方法更好的指向性。文献[1]已经证明,当阵元间距无穷小时,M元端射直线阵的指向性因子能达到2M,即所谓的2M规律,可见超指向性的巨大潜力。对于实际中常用的圆环形阵列,文献[2]给出了高阶超指向性的精确闭式解,指出最优波束和最大指向性因子都可以分别表达为各阶特征波束及其指向性因子叠加和的形式,并且高阶特征波束指向性高而稳健性差。对于指向性因子,文献[2]数值计算了半径波长比趋于0时各阶特征波束所能达到的极大值。     

大孔径高频阵超高指向性测量的子阵分解方法

猎雷声呐这类小目标声呐的高频阵,波束极窄,通常在0.1°～0.2°范围,远场距离很远,约在三四百米以上.在常规球面波声场条件下测量指向性难以实施,近距离测量又不符合远场条件.本文将阵分成若干子阵,子阵的波束宽,远场距离近,可以先在近距离测量各子阵的复数指向性,然后推算总阵的指向性.测量是在邻近区以内的准球面波声场进行的,实验结果很好地验证了所提出的原理和方法.     

细线阵的频域自适应波束形成

常规波束形成技术包括时域波束形成技术和频域波束形成技术.由于实际空间采样的声阵是有限孔径的，常规波束形成的空间波束谱估计具有加窗效应，所以分辨力不高，另外由于它是固定旁瓣响应，所以不能有效的抑制强干扰。为克服常规波束形成的不足，本文利用广义旁瓣干扰抵消自适应阵处理的原理，仿真研究了自适应波束形成分辨力与抗干扰能力的提高.     

拖线阵声呐若干信号处理问题分析

研究分析了拖曳式线列阵声呐（包括单线阵和多线阵）的有关信号处理方法及其性能,包括阵增益、宽带指向性函数、方位估计的性能限、目标左右舷分辨以及对模型误差宽容的波束形成方法等。指出单线阵的阵增益和方位估计精度是一个重要指标,利用多线阵的水平孔径可以区分目标的左右舷方位。结合拖线阵的湖、海试实验,说明拖线阵信号处理的工程应用情况。     

带障板圆柱阵的指向性特性

本文给出了通用性较强的适于工程计算的带障板接收圆柱阵空间指向性函数的数学模型;稍作限制,此模型也适用于发射圆柱阵。同时给出了具有不同障板形式的圆柱阵指向性函数的表达式。最后用一实例,证明了本文提出的数学模型的实用性。     

宽带水声参量阵指向性设计与实验验证

利用宽带水声参量阵可产生高指向性宽带低频声束,推导了宽带水声参量阵生成低频声束的自解调理论模型,对其换能器指向性进行了分析与设计,并研制出了宽带水声参量阵样机。测试结果表明：该样机产成的2 kHz声束的-3 dB指向性锐角约为2.6°,具有很好的指向性,且旁瓣抑制效果好,能够产生无旁瓣的高指向性低频声束。这为解决浅海水声通信的多途干扰、远程水声保密通信等问题提供了一条新思路。     

估算实际阵指向性指数的一种简捷方法

本文给出一种估算实际阵(real array)指向性指数的简捷方法。这一方法只需预先对所设计阵的指向性进行计算机辅助设计计算和通过试验测得阵的水平波束和垂直波束宽度,它同其它估算方法相比更简单、更便捷、更实际。     

矢量线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能

研究矢量均匀线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能。水听器可同步共点地测量声场的声压和质点振速,为一具有指向性的空间共点阵,从而能够解决单线阵声呐的目标左右舷模糊问题。文章分析了采用不同波束形成方法时矢量阵广义Cardiod处理和声强处理的目标左右舷分辨性能,并利用海试数据进行了验证。研究结果表明:自适应波束形成具有比常规波束形成更佳的左/右舷分辨性能,且对矢量阵处理而言,广义Cardioid处理更为稳健和实用。     

复合声基阵指向性研究

计算并分析了线阵、离散复合阵指向性,连续复合阵不同孔径函数透声窗的指向性以及孔径函数与旁瓣级的关系;并且通过实验验证了复合声学系统对指向性的改善,为实际布阵提供了重要的依据.     

混凝土结构健康检测的声发射圆阵波束形成仿真分析

采用了声发射(Acoustic Emission,AE)均匀圆阵并分析其波束形成特性,通过仿真分析了阵元数目及声发射模拟信号频率的变化对波束模式的影响.结果表明,当频率不变,阵元数目为4~32时,随着阵元数目的增加,角分辨率保持不变,最高旁瓣降低,可达-8 dB左右.混凝土结构内部缺陷声发射信号的超声频段一般在25~200 kHz,当阵元数目不变时,随着频率的升高,角分辨率随之升高,最高旁瓣也随之增大.另外,文中提出如何设计一个性能相对稳定的阵列,并通过从噪声信号中提取有用信号的实例说明声发射均匀圆阵空间匹配滤波性能.     

旁瓣约束方向不变恒定束宽波束自适应综合

将自适应加权方法应用于波束图的主瓣控制研究,提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。在波束图旁瓣区域引入若干虚拟干扰源,自适应调整干扰强度,改变波束形状。以主瓣某一指向的波束宽度为参考,以每次迭代后波束图最低旁瓣峰值与主瓣峰值的差作为下次迭代运算的预设主旁瓣比,在保持主瓣区域宽度不变的情况下,用自适应综合的方法获得不同主瓣指向上的最低均匀旁瓣。将该算法应用于均匀线阵和半球面阵,均在±60°的范围内得到了方向不变恒定束宽波束。研究表明,该算法不仅适用于均匀线列阵,也可用于任意结构阵列。     

基于线性预测的虚拟阵元波束形成

常规波束形成方法在信号频率一定的情况下,为提高其分辨率,需要增大基阵孔径,这在实际工程运用中受到了一定的限制。文中提出了基于线性预测技术的虚拟阵元波束形成方法。该方法在有限尺度基阵的情况下,运用线性预测技术,根据已知阵元的接收数据,估计虚拟阵元上的接收数据,使基阵孔径在虚拟的意义上得到了扩大,从而实现了高指向性窄波束,提高了基阵的指向性指数。仿真实验表明了方法的有效性。     

线列阵的矩阵转换对

从线列阵指向性函数计算公式出发,导出指向性函数和权系数之间关系的矩阵转换对,用多个例子说明其应用。与类似的傅立叶变换对相比,具有公式更直观、使用更方便,计算更快捷的特点。本方法适用于相控到任意方向和各种形状的波束综合。     

矢量水听器线阵波束图

本文研究了矢量水听器均匀线阵的采用不同方式进行波束形成的波束图,并和声压阵相应的量进行了比较.结果表明,相对于声压阵,在不增加阵孔径的前提下,利用矢量水听器阵获得的波束主瓣更窄,旁瓣更低.利用声压和振速的联合处理,去除了声压线阵方位估计中的左右舷模糊.     

近场波束形成的约束最小平方和法

文章研究了近场情况下的波束形成问题。对于任意结构阵列,提出了近场波束形成的一种约束最小平方和法,用近场信号模型来设计近场波束。该方法借助于优化工具箱,在对波束旁瓣施加约束的条件下,使波束主瓣的误差平方和最小。该方法在主瓣区域和旁瓣区域都能得到满足设计要求的波束性能,可以方便地控制期望响应,简单易行。基于32元均匀离散圆阵的仿真设计结果表明了文中方法的有效性。