阵列误差对Capon波束形成算法的影响分析

针对阵列误差存在时经典(Capon)波束形成算法的性能严重恶化问题,介绍了均匀圆阵阵列流型下的Capon波束形成算法,对阵列天线各阵元间的幅度误差、相位误差、水平位置误差和垂直位置误差进行了数学建模,仿真分析了各种阵列误差对Capon波束形成算法的影响,并给出了该影响的量化分析结果,从而对该算法工程实现时的指标确定提供依据。     

UWB SAR图像的非均匀分段PGA算法

在超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)成像过程中,由于载机偏航所导致的相位误差具有严重的距离向空变性,因此需要沿距离向分段应用相位梯度自聚焦(PGA)算法以改善PGA算法的聚焦性能.本文分析了载机空间偏航位置与相位误差空变特性之间的关系,提出了图像非均匀分段PGA(NUSPGA)算法,并从理论上对算法进行了推导.文中还提出了参考点对齐法以校正分段聚焦后子图像间的平移失真问题.最后由实测数据验证了本文所提算法的有效性.     

曲线机动情况下水下自主平台的改进被动合成孔径算法研究

水下自主无人平台(AUV)在曲线机动情况下利用传统ETAM方法扩展孔径时,目标方位估计结果无法聚焦到真实方位,估计偏差严重,针对这一问题,该文结合运动补偿提出一种新的ETAM算法。该算法将波束域与阵元域结合处理,在波束域获取相位信息,在阵元域对相位信息进行线性拟合,有效克服曲线运动造成的相位误差,得到相位修正因子后对连续测量进行相位补偿,实现孔径扩展。仿真和试验结果表明,无论平台直线航行还是曲线机动,该算法在对比算法失效的情况下,仍具有很高的测向精度、角度分辨率及空间增益,且适用于多目标的分辨,在较低信噪比下对性能的改善更为明显,有较强的实用性和环境宽容性。     

阵列幅度/相位误差的有源校正新方法

实际应用中的阵列存在幅度/相位响应误差,往往导致阵列高分辨算法性能的下降。对此本文给出一种阵列幅度/相位响应误差的有源校正新方法,它基于子空间正交理论,通过对误差建模,将阵列校正问题转换成误差参数估计问题,并利用经典的Lagrange乘子法方便地得到最优解。另外,此方法只需要一个已知方位的校正源,计算简便,无需迭代,可用于阵元位置已知的任意形状的阵列,因此更适用于实际阵列安装应用前的校正。通过半消声室实验对16-元圆环形声阵列进行了测试和校正,数据处理结果表明,本文所提的校正方法能够准确地估计出各阵元幅度/相位误差,且校正前后MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) 波束形成的性能得到明显提高。      

改进的LCMV算法在多波束形成中的应用

基于线性约束最小方差(LCMV)算法的自适应波束形成技术,得到的方向图能保证期望信号方向增益最大,非期望方向形成零陷。但实际应用中由于不可避免的存在阵元位置误差、阵元相位误差及指向误差等(统称为相位误差),使约束的导向矢量与真实期望信号的导向矢量不一致,从而影响系统的性能。改进的LCMV波束形成算法——基于迭代二阶锥的唯相位波束形成技术,通过改变移相器的相位,使各阵元输出信号相位一致,在多个方向上形成主波束,阵列输出功率最大。     

方向回溯阵列的波束指向分析

以时间反演和相位共轭原理为理论基础讨论了方向回溯阵列的波束指向特性. 分别研究了线阵、平面阵和共形阵列在不同角度入射信号下的回溯信号波束指向,得到了幅度误差和角度误差随入射角的变化关系曲线,研究结果表明:对线阵、平面阵和共形阵列,随着入射角度的增大,阵列的波束指向角度误差和幅度误差都会增加. 最后在理论分析的基础上设计了一种球面共形阵,考虑了载体曲面对波束指向的影响,对其在空间内的波束指向进行了仿真验证,得到在16元球面共形阵入射俯仰角小于45°时,可以实现波束指向误差小于5°. 通过上述研究,进一步完善了方向回溯阵列波束指向误差理论,为方向回溯阵列设计提供了依据.     

均匀线阵幅相误差和互耦效应的自校正

阵列的幅相误差和互耦效应严重影响了超分辨谱估计的性能,需要进行校正。由于均匀线阵的特殊结构,目前所采用的自校正算法呈现了多解性。分析了对均匀线阵进行自校正出现多解性的原因,在此基础上,提出了先用经典自校正算法实现互耦误差和幅度误差校正,然后用约束条件解决相位误差估计模糊的校正算法,该算法很好地解决了自校正算法对均匀线阵出现的多解性问题;利用仿真方法,验证了算法的性能。     

阵列误差下的多输入多输出雷达测向技术

针对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达收发阵列同时存在阵元互耦效应和幅相误差时目标测向性能下降的问题,提出了一种基于Capon波束形成的测向算法.该方法利用Toeplitz特性降低了参数空间维数,并结合Kronecker积特性将发射和接收阵列的阵列误差去耦合,从而对收发阵列误差进行迭代补偿,最终获得目标方位角的估计.仿真结果验证了所提算法的有效性和可行性.     

正交化超分辨算法的误差灵敏度分析

本文给出了基于Gram-Schmidt正交化方法的超分辨算法,并分析了该算法对阵列幅度和相位误差的灵敏度.给出了两个目标、不同阵元数和不同阵元间距等情况下的灵敏度计算结果。结果表明,本文的算法在目标小角度间隔、大阵元数的情况下,受幅相误差的影响没有最大似然估计(MLM)和MUSIC算法敏感。     

相位响应固定幅度响应约束的稳健波束形成方法

传统的幅度约束波束形成器是一个非凸问题,需将原始模型化为线性规划进行间接求解。该文针对均匀线阵提出一种相位响应固定幅度响应约束(PFMC)的稳健波束形成方法。利用权矢量逆序列对应的传递函数与阵列响应函数只差一个相位因子这一性质,将阵列响应的相位设置为固定的线性相位,仅对阵列响应的实数幅度进行约束,从而得到一个凸的代价函数,最优权矢量可以利用内点法求出。同时考虑到协方差矩阵误差,利用最坏(WC)情况性能最优原理提出PFMC-WC算法改善PFMC的性能。与传统幅度约束波束形成器相比,减少了约束个数并省掉了恢复权矢量过程,从而降低了计算量。此外,由于相位响应得到保证,该文算法相对于传统算法具有更好的性能。仿真实验验证了该文算法的有效性。     

拖曳线列阵声呐目标运动分析数学模型

研究了质心与形体拖曳线列阵目标运动分析;对于质心拖曳线列阵,在论证量测原理误差基础上,分别给出质心拖曳线列阵单目标与多目标运动分析的数学模型;对于形体拖曳线列阵单目标运动分析(STMA),在不含时延及变化率以及含时延及变化率两种情况下,给出了目标运动分析的数学模型;对形体拖曳线列阵多目标运动分析(MTMA),在不含时延及其变化率情况下,给出目标运动分析的数学模型.     

Shape calibration for a nominally linear equispaced array

We consider a thin flexible line array of equispaced hydrophones that is towed through the sea and develop a statistical test that allows us to decide whether the array is straight or not. The motion of the towing ship, the ocean currents and other forces induce deformations on the array and affect the performance of spatial processing of the data developed under the assumption that the array is straight. When the ship is maneuvering, the processing is generally turned off for long periods of time, an extremely penalizing situation that can be overcome by applying our scheme. Indeed, if the test-applied to the whole array-decides that it is out of shape, the same test is applied to parts of the array to determine the maximum size of admissible subarrays on which the standard processing can be pursued. By combining the bearings estimated by the different subarrays, we reconstruct a piecewise linear estimate of the shape of the array. The approach allows the handling of quite important deformations with no need for a cooperating source     

匹配场噪声抑制--一种波束域方法

拖船噪声是一种具有多途角扩展的宽带相干干扰,而拖船噪声抑制是拖线阵声呐系统中的关键技术之一。在现有后置波束形成干扰抵消器的基础上,提出了一种用于本舰干扰抵消的波束域方法,即利用本舰噪声在拖线阵上的拷贝场向量直接进行干扰波束的形成,从而更好地消除本舰强干扰。在环境参数不确定和扫描方向向量存在误差的情况下,该方法比以往研究的阵元域匹配场噪声抑制具有更稳健的性能。仿真结果验证了提出方法的有效性。     

平台运动测量误差对阵列天线合成孔径雷达三维成像影响分析

阵列天线合成孔径雷达(SAR)可实现3维成像。为了提高成像质量,使用测量设备获取平台的运动信息以进行运动补偿,而测量误差会影响补偿及成像质量,需对其进行分析。该文首先建立了阵列天线SAR 3维成像模型和测量误差分析模型,接着分别从位置和姿态角两个方面分析了测量误差对相位误差的影响,并比较不同方向误差影响的大小,然后通过仿真分析了误差对成像指标的影响,并引入姿态误差基线比来量化姿态角误差的影响。最后得出高程向和横滚角测量误差影响最大的结论,给出了限定要求下测量误差的容忍值。该文的结论为测量设备的选取和设计以及成像和补偿方法的选择和分析提供了理论指导和参考。     

基于子空间的幅相误差自校正算法

针对实际应用中普遍存在的阵列幅相误差扰动问题,结合子空间类波达方向估计算法,提出了一种幅相误差的自校正算法。先利用均匀线阵协方差矩阵的结构特点对幅相误差进行初步校正,再通过迭代方法得到更精确的估计值,自校正方法无需任何参数初始值,实现比较简单。仿真实验验证了算法具有良好的误差校正效果,能够比较准确的估计出方位角和幅相误差值。     

水下拖缆动力学特性计算机仿真研究

作为水下拖缆实时控制策略设计的重要前提,对水下拖缆的动力学特性掌握至关重要。对于长达数千米的水下拖缆,采用计算机仿真技术对其研究,在成本上和效果上都有着比较理想的结果。在Ablow和Schechter[1]的经典模型基础之上建立三维拖缆动态模型,采用广义α算法对其求解。通过计算机仿真程序编译,实现对拖缆在拖船变速直线运动和升沉运动工况下的动力学特性仿真研究,为深入制定拖缆控制策略提供了良好的依据。     

转弯畸变拖曳阵声呐鲁棒Capon波束形成方法

针对柔性拖曳阵转弯机动过程,在积累时间内阵形变化导致自适应波束形成性能下降的问题,该文提出一种基于时变阵形聚焦和降维处理的低复杂度鲁棒波束形成方法。首先,基于阵列Water-Pulley模型估计时变阵形,以基准阵形为参考采用预成导向方法对阵形进行聚焦,消除数据中阵形模型偏差;然后,以阵形聚焦后数据协方差矩阵的共轭梯度方向矢量构成降维矩阵,构造大孔径阵列降维鲁棒Capon波束形成器。仿真结果表明:所提方法能够提高转弯机动拖曳阵波束形成输出信号-干扰噪声比(SINR)。海试验证表明:该方法能够提高测向空间谱上目标输出信噪比,提高大孔径阵列机动状态下对弱目标检测能力,同时能区分目标左右舷。     

基于多通道联合自聚焦技术的机载三维SAR运动补偿

机载3维SAR通过天线阵实现3维的分辨,这也导致在分析3维SAR系统的运动误差时,不但要考虑载机的平动误差带来的天线阵整体平移,更要考虑载机转动误差带来的阵元间相对位置变化,因此针对3维SAR的运动误差的分析与传统单通道SAR相比难度更大。该文从平动误差和转动误差导致的斜距变化出发,利用天线阵的线性几何构型,提出基于多通道联合自聚焦技术的运动补偿算法。该算法可同时得到平动和转动误差,从而使载机运动误差得到精确补偿。最后通过仿真实验验证了算法的有效性。     

An improved design method of Rotman lens antennas

A Rotman lens is used to feed a linear array antenna for wideband use. A relationship between design parameters for realizing a Rotman lens has been derived by introducing a new design variable. The design method which minimizes the phase error on the aperture of the linear array antenna has been shown. For large array length, the above phase error due to this method becomes considerably smaller than that due to a conventional method. This improved method makes it possible to design small and low-loss Rotman lens antennas.