一种旁瓣级可控的MVDR波束形成算法

针对传统的最小方差无畸变响应（Minimum Variance Distortionless Response,MVDR）波束形成方法存在的旁瓣较高且抑制干扰性能不稳健的情况,提出一种旁瓣级可控的自适应波束形成算法。该算法在MVDR基础上进行峰值搜索,将获得的峰值点从大到小进行排序,取次大值作为最高旁瓣的值,将得到的最高旁瓣值与期望旁瓣值比较,在其方位添加虚拟干扰加以抑制,从而得到新的波束图。再对新的波束图进行峰值搜索,不断重复上述过程,经过有限次迭代以达到期望旁瓣值。计算机仿真结果表明在均匀线阵基础上该算法能够将旁瓣控制到期望旁瓣级以下且比较稳健。     

无方位模糊的非均匀稀疏阵MVDR测向方法

稀疏阵能够获得更大的阵列孔径,但常规波束形成(Conventional Beam-Forming,CBF)对非均匀稀疏阵测向时会出现方位模糊。提出了一种基于最小方差无畸变响应(Minimal Variance Distortionless Response,MVDR)同局部非稀疏的非均匀稀疏阵(Non-Uniform Sparse Array,NUSA)的设计相结合来抑制方位模糊的方法(NUSA+MVDR),对其无方位模糊现象进行了理论分析,表明MVDR这一非线性处理方法对伪峰有很好的抑制能力。针对一种典型的NUSA(Typical NUSA,TNUSA),进行了TNUSA+MVDR数值仿真实验,其结果和理论分析一致,表明:1 MVDR有很强的NUSA检测能力,在所给仿真条件下,等效阵元间距为50倍波长时,仍能很好地抑制方位模糊;2TNUSA+MVDR较阵元数相同的均匀非稀疏阵列的CBF和MVDR有更高的方位分辨力;3阵元数一定,TNUSA+MVDR方位分辨力随着等效间距增加而提高,最小可分辨角度反比于等效间距;4等效间距一定,TNUSA+MVDR方位分辨力随阵元数增加而增加。海上实验在等效阵元间距为10倍波长条件下部分验证了NUSA+MVDR的检测性能。     

基于宽带稳健STMV波束形成的相关检测方法

采用一种宽带相关结合稳健自适应波束形成的检测方法,来提高弱目标在强干扰背景下的检测能力。宽带相关检测具有多目标方位分辨力高的优点,它基于常规波束形成得到,但由于其旁瓣级有限,存在强干扰时会导致其旁瓣区域的相关检测产生凹陷,因此直接影响弱目标的检测能力。通过分析常规宽带相关检测中目标旁瓣区域产生凹陷原因,利用宽带稳健自适应波束形成的干扰抑制能力,提出了一种将宽带稳健导向最小方差波（Steered Minimum Variance,STMV）与宽带相关检测结合的宽带检测新方法。该方法能有效消除相关检测中强干扰的影响,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性。     

阵列信号维纳滤波用于主动声呐图像增强处理

声呐图像的噪声背景抑制是提高水下目标检测能力的重要问题.针对声呐图像背景斑点噪声强、目标轮廓模糊、目标回波对比度低等问题,利用确定性目标回波信号与随机分布的干扰噪声之间的相关统计特性差异,采用基于最小均方差准则的阵列信号维纳滤波器,通过主动最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortionles...     

海洋资料浮标声学特征采集系统设计

为利用我国现有的10 m大型资源浮标,实现对海上侵权船只进行探测和识别,介绍了一种加装在浮标上的声学特征采集系统设计。该系统设计包括声学基阵设计,信号采集处理机设计,目标探测与方位估计算法和声学基阵方位补偿方法等。2014年6月进行了一次湖上试验,试验结果表明：声学特征采集系统的硬件可靠,目标探测、方位估计和方位补偿算法有效。该系统已在我国特定敏感区域开展的维权执法目标探测识别与信息传输技术的信息综合监视中示范应用。     

双微阵列语音增强算法在说话人识别中的应用

针对复杂噪声环境下识别性能显著降低的问题,提出一种用于说话人识别系统前端的双微阵列语音增强算法。该算法采用的是相干滤波和频域宽带最小方差无畸变响应波束形成器后置结合改进的维纳滤波器。其基本原理是首先求出双微麦克风阵列信号中两个相邻通道间的相干函数,再利用通道间信号的相干性来进行初始噪声抑制。其次,通过一个频域宽带最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成器保留目标声源方向的信号并抑制其他方向的信号干扰,再通过改进的维纳滤波器去除噪声残留提升语音质量。最后,使用梅尔频率倒谱系数(Mel Frequency Cepstral Coefficients,MFCC)和伽马通滤波器组频率倒谱系数(Gammatone Filter-bank Frequency Cepstral Coefficients,GFCC)对增强后的语音信号做特征参数提取并进行说话人识别。仿真过程采用声学人工头模拟双耳采集数据,实验结果表明,该语音增强算法在复杂噪声环境下能够获得较好的增强效果,能有效提升说话人识别系统的识别率。     

单向水听器及其在波束形成中的应用

提出常规反向波束形成技术,构建了单向水听器,并探讨其应用于阵列波束形成的可能性。系统地构建单向水听器模型,导出常规反向波束形成技术,证明得到其空间响应单指向性的存在条件,其指向性指数在3~4.8 d B范围内。以单向水听器为基元构建标准线列阵进行常规波束形成,并与全向水听器比较,理论证明了使用单向水听器能够为线列阵提高3~4.8 d B的指向性指数。仿真实验结果验证了单向水听器自身具有心脏形空间响应、3~4.8 d B的指向性指数和空间响应的宽带一致性等三种特性,使用单向水听器能够在主瓣宽度不变的同时降低旁瓣级、提高指向性指数、保持良好的稳健性。因此,提出的常规反向波束形成技术是一种构建单向水听器的有效方法,在阵列波束形成中使用单向水听器是可行的、有利的。     

基于FOCUSS的水中目标回波亮点高分辨提取方法

水中目标回波亮点空间分布是估计目标尺度、确定目标要害部位、目标识别分类的主要目标特性依据。分析了水中目标回波亮点提取的主要方法及其优缺点,针对提高水中目标回波亮点方位估计分辨率的问题,采用欠定系统局域解法(Focal Undetermined System Solver,FOCUSS)压缩感知信号处理方法估计目标回波亮点的方位分布,并与时域常规波束形成(Conventional Beamforming,CBF)方法、子阵最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成方法进行了比较。试验数据处理结果表明,FOCUSS压缩感知方法的回波亮点方位输出主瓣是"针形"的且无明显旁瓣,分辨率高于子阵MVDR、CBF波束形成处理结果。另一方面,FOCUSS压缩感知方法对信噪比的要求高,适用于良好信噪比条件下的回波亮点提取。     

CW脉冲回波信号的最小方差无畸变响应自适应检测

建立了适用于解析时间序列信号检测的最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)自适应处理模型(Time Series MVDR,TSMVDR),并针对CW声纳脉冲回波信号,通过构造解析信号和分段近似处理给出了相应算法(Algorithms of TSMVDR on CW pulse signal,AWMVDR),并进行了数值仿真研究。研究结果表明:对于CW脉冲信号:(1)在较高采样率的条件下,AWMVDR可以实现CW脉冲信号稳定的自适应检测;(2)AWMVDR较常规线性相关检测具有更高的脉冲参数估计精度和时间分辨力;(3)AWMVDR的实现需要付出较高采样率和更大计算量的代价。     

被动拖曳线列阵机动过程中的频域宽带波束形成

为了进一步提高拖曳线列阵水下工作性能,首先通过对拖曳线列阵机动(转弯)过程建模,并根据所建模型计算出各阵元的实时位置,再推导畸变阵的频域宽带波束形成,并通过仿真实验对该畸变阵波束形成理论进行验证。同时,根据实际情况的偏差分析,比较估计阵形误差大小对目标检测效果的影响,并分析其在工程上的可行性。     

D类功放中数字调制器的研究与实现

数字脉冲宽度调制(Digital Pulse Width Modulation,DPWM)结构简单、稳定性好,是主动声呐D类功放中常用的调制技术,但是它会产生信号失真和电磁干扰问题。针对主动声呐中D类功放的要求,设计了一种新的1.5bitΣ-Δ调制器。该调制器不仅能够改善DPWM存在的信号失真和电磁干扰问题,而且能够解决常规Σ-Δ调制器存在的高开关频率导致的高开关损耗问题。采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)对该调制器进行实现,在全桥D类功放上进行了实验验证。通过1.5bitΣ-Δ调制器和DPWM性能对比,表明该1.5bitΣ-Δ调制器适合主动声呐D类功放的应用。