阵元失效对超声阵列换能器的影响及优化研究

超声阵列换能器单个或多个阵元的振动效率、几何尺寸等参数的改变,会影响整个阵列的声场分布等性能参数,降低超声检测的分辨率及相应的检测效果.基于阵列换能器声压分布理论,利用自适应算法,从阵元激励的角度,探讨阵列超声换能器阵元激励的优化方法,消除阵元失效的影响.研究结果表明,利用声场分布空间中有限数量的优化参考点,经过对激励参数的优化,可以使有阵元失效阵列的整个声场分布、指向性及聚焦特性等性能指标与标准无阵元失效阵列的基本一致,达到期望的标准声场分布的参数指标,大大降低超声检测设备的应用成本,提高检测效果.     

基于阵元故障影响评估的相控阵雷达维修策略

本文研究了相控阵雷达二维天线阵阵元故障的影响及维修策略问题.首先,通过阵元故障对天线方向图的影响仿真建立了雷达探测性能评估模型;然后,采用评估模型对天线阵列不同故障条件下的影响规律进行了分析;最后,利用分析得到的影响规律提出了战时装备维修策略,本文结论可为装备维修资源调度提供理论依据.     

超声相控阵输出声场优化及仿真

为使超声相控阵在输出平面上的声压输出达到较好的分布模式,本研究通过预先设定相控阵输出面上的声压分布形态,然后利用迭代算法来求解超声相控阵驱动向量,最终实现了超声相控阵在输出平面上声压输出的有效控制,并通过计算机仿真对这种算法进行了验证。     

阵元损坏对换能器阵指向性的影响研究

针对阵元损坏造成超声换能器阵指向性变化的问题,该文从理论上推导了圆形活塞换能器平面阵指向性计算公式,并以之对换能器损坏后指向性变化情况进行了分析.研究表明,圆环形阵列中心装置处换能器损坏对指向性的影响远大于圆周上换能器损坏造成的影响;换能器损坏后,并不是每个定向面内的指向性都变差,但其总体指向性无疑会变差.     

基于模拟退火算法的平面稀疏阵优化

大规模稀疏阵列优化时,解空间十分庞大,一般优化算法难以实现.模拟退火算法不是一种解空间遍历算法,因而非常适合用于解决此类问题.利用平面阵的对称性,对解空间进行镜像压缩,进一步提高了优化效率.利用解空间压缩后的模拟退火算法优化得到了一种副瓣特性优良的稀疏布阵方式.     

二维子阵级相控阵空间谱估计方法

目前已提出的空间谱估计方法绝大多数需要已知所有阵元的数字化输出信号,即为基于阵元级的方法.我们对应用于相控阵雷达的二维子阵级空间谱估计方法进行了研究.采用简化的阵列流形,只需精确地确定子阵相位中心与增益,大大降低了对相控阵的校正成本与代价.但其有效的方向估计范围只在子阵的3dB波束宽度内,然而与波束扫描相结合可实现任意空间范围内的方向估计.通过引入加权网络对子阵输出进行后处理,提高了阵列处理的灵活性;构造了基于理想子阵方向图的简化阵列流形,克服了直接简化阵列流形方法的测向范围无法调整的局限性,并能更好地抑制旁瓣源.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

利用空域稀疏性的L型阵下二维波达方向估计

针对稀疏重构应用于二维波达方向估计时存在计算量大的问题,从减少过完备字典的原子个数以及求解模型的阶数这两个方面入手,提出一种具有较低计算复杂度的基于稀疏重构的二维波达方向估计方法。该方法中首先根据L型阵的结构特点,对基于阵列接收数据的稀疏线性模型进行分解和重新组合,抛弃与信源无关的原子,大大减少了原子个数;其次,提出利用多快拍数据协方差矩阵的最大特征值对应的特征向量作为待分解信号建立稀疏模型,使模型阶数从快拍数降至一阶。此外,给出了新方法的详细实施步骤,并且对其计算复杂度进行了理论分析。新方法估计精度高,并且能够自动实现俯仰角和方位角配对。最后,通过计算机仿真验证了新方法的有效性。     

基于四维切片图的相控阵超声辐射声场研究

声束聚焦是超声相控阵区别于常规超声检测方式的主要特点之一。该文研究了单源矩形换能器与一维线阵的辐射声场。在四维切片图的基础上详细分析了频率、阵元数和阵元间距对声束聚焦时焦斑和焦深的影响,进而分析了对检测分辨力和声压值的影响,换能器参数的优化结果对于相控阵探头的优化设计具有一定的参考价值。     

压缩感知的等效二维稀疏变换

目前的压缩感知研究尚不能真正实现基于二维稀疏变换的影像采集和重构。通过对二维压缩感知和稀疏变换的理论分析和数学推导,将基于一维稀疏变换的二维压缩感知模型等价转换成适用于二维稀疏变换的二维压缩感知模型。从而在测量过程不变的前提下,基于一维线阵推扫数据采集方式实现了基于二维稀疏变换的压缩感知影像采集和重构。实验验证了等效二维稀疏变换的正确性。     

线形宽带超声相控阵换能器的声场分析

讨论了一种计算矩形活塞阵元声场脉冲响应函数的简便算法,通过对不同延时量的矩形活塞阵元声场脉冲响应函数进行叠加,得到线形换能器阵列的脉冲响应函数;再施以宽带脉冲激励函数,得到线形换能器阵列的声场分布。比较了3种不同换能器的脉冲响应及声场分布,该法对工业无损检测领域超声成像用换能器参数优化具有重要意义。     

线形超声相控换能器阵列的参数优化

线形超声相控阵换能器的参数直接影响着检测系统的性能和制作成本,其声场特性是能否获得并有效利用被检测部位或区域回波信息的决定因素,也是设计换能器阵的主要依据.从建立线形相控阵换能器辐射声场的数学模型出发,研究了不同阵列参数对波束指向性和偏转性的影响,进而给出了相控阵列优化设计中一些重要的规律.     

一维线形超声相控阵换能器辐射声场研究

在相控阵超声工业无损检测中,超声换能器的声场分布直接决定着被检测区域的回波信息特征,从而影响检测结果。本文通过研究超声波在固体介质中的传播规律,建立了超声相控阵换能器在介质中辐射声场的数学模型,数值模拟了在一层、两层介质中相控阵换能器的辐射声场图,声场结果为更形象直观的了解声场变化和检测结果评估提供理论依据。     

Ka频段大规模相控阵稀疏布阵算法设计与应用

针对大规模卫星通信相控阵天线在阵元受发射/接收组件、驱动放大器等布局限制条件下的稀疏布阵问题,提出了一种基于极限微扰法的随机稀疏布阵算法。通过极限微扰率和随机稀疏算法的迭代应用,能够较容易地收敛到目标稀疏率下的稀疏阵列分布,且能得到均匀的稀疏布阵结果,改善相控阵天线由于局部过热导致的散热困难的问题。基于此方法,对满阵为4 096阵元的大规模相控阵天线进行了稀疏化设计,最终得到1 552阵元的稀疏阵。仿真和实测结果显示通过该算法能获得较好的阵列方向图结果,在方位角0°~360°、俯仰角0°~60°范围内副瓣均低于-16 dB。     

相控阵天线指向测量误差分析及消除方法研究

电扫波束指向精度是相控阵天线的核心指标之一,对波束指向进行准确测量是对系统工作能力进行评估的必要手段。文中以某相控阵天线为例,详细分析了几种外场波束指向测试中常见的外部误差。通过理论分析建立仿真模型,计算分析以上因素对天线指向测试的影响,并提出一种在波束指向测试过程中消除误差的优化方法。经试验比对,所提出的优化方法可以明显降低测试误差,提高测试结果的准确度和可信度,对同类型天线的外场测试和系统性能评估具有重要的工程参考价值。     

短波相控阵天线通信系统的设计

短波远距离通信具有设备简单、电离层不易遭受人为破坏的特点,因此,短波通信具有极其重要的战略地位。相控阵天线可通过相位的控制来实现波束方向性的控制,从而无需天线面阵的转动就能进行不同方向、不同距离的通信。设计了一套短波通信系统,天线采用6单元对称振子的相控阵列,通过计算分析,此系统通信性能优良。