平面阵波束形成算法效率比较

二维平面阵声呐系统所采用的阵元个数、形成波束的数量都较一维线阵声呐系统高一个数量级,数据处理量巨大,对信号处理机的实时处理能力要求非常高。如何提高二维波束形成算法的效率是工程实现二维平面阵声呐系统的关键,本文讨论了三种二维平面阵波束形成算法,并对这三种算法进行了计算效率和波束性能的对比。     

成像声呐中聚焦波束形成技术研究及实现

介绍了聚焦波束形成的基本原理,分析了一种基于半圆阵的相位补偿方法。通过Matlab仿真得出聚焦波束形成的波束图,相比远场方法,波束宽度减小,旁瓣得到抑制。设计了一种基于FPGA的数字聚焦波束形成器的实时处理结构,使用8组加权系数即可完成成像声呐近场范围内分辨力的改进。通过乒乓操作和并行结构提高处理速度,实时产生72个波束。实验结果表明,所设计的聚焦波束形成器使某型成像声呐近场分辨力得到了提高。     

基于DSP的声呐基阵信号模拟器设计

通过对声呐基阵接收信号数学模型的研究,提出了一种基于DSP的基阵信号模拟器的软硬件设计方法。该模拟器可以对不同类型的目标进行仿真,为系统的实验室调试和检验提供简便的实用手段。     

三维前视声呐信号处理方法

三维前视声像声呐是安装在小型水下载体上的重要声学探测设备。提出了基于波达方向估计技术的三维前视声呐信号处理方法,接收阵水平方向采用波束形成技术,垂直方向采用波达方向估计技术。在波束内采用分裂孔径相位法提高水平方向分辨率,形成声呐阵前方的三维声像。仿真结果和水池实验结果表明:在接收阵面面积相同的条件下,能够获得优于常规技术的分辨率,可以实现点目标和连续目标的探测,适合于在水下载体上安装使用。     

一种高精度水下成像声呐性能实验研究

多波束测深声呐作为一种用于水下成像的声呐,已经成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一,所介绍的多波束合成孔径声呐是结合了合成孔径声呐技术和多波束测深技术的一种新型成像声呐,可以更好地满足水下地形地貌的探测需求。基于多波束合成孔径声呐理论,构建该声呐模型系统进行相关实验验证。实验中将直径13 cm的空心双球分置于基阵单侧入水,发射信号是中心频率为180 k Hz,脉宽为1 ms,带宽为8 k Hz的线性调频信号,在航迹向的不同采样位置以无指向性的声源对其进行照射,经过合成孔经处理得到高精度的多波束合成孔径声呐图像,通过与多波束测深声呐及侧扫合成孔径声呐的成像结果进行对比,验证了多波束SAS成像理论的有效性和正确性,并在此基础上分析多波束合成孔径声呐的优缺点,为进一步研究提供参考依据。     

基于最小一乘的虚拟阵元波束形成仿真研究

水下多波束成像系统成像质量的关键主要在于波束形成的质量。在信号频率一定时,常规相移波束形成只有通过增加基阵的孔径来得到更窄的波束,但是在有限的应用条件下,这种方法又受到实际工程的限制。因此,提出一种基于最小一乘估计的虚拟阵元波束形成方法。在低信噪比的情况下,利用最小一乘估计的稳健性可以得到更加准确的估计信号,从而在不增加基阵尺寸的情况下获得更窄和抗干扰性更强的波束,提高阵增益和声呐图像的角度分辨率。通过Matlab仿真并与其他方法比较验证,证明了上述方法的优越性。     

MVDR自适应波束形成技术在水声中的研究进展

高分辨波束形成器比常规波束形成具有更好的方位分辨力与干扰抑制能力。该波束形成器能够提高阵列输出信干噪比,从而提高声呐的探测性能。与多重信号分类、旋转不变子空间等方法相比,最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成器输出真实反映了观察方向的信号功率,同时可提供波束时间序列做后置处理,在水声阵列处理领域得到了快速发展和深入研究。对高分辨MVDR技术在水声阵列处理中的研究进展进行了回顾,重点介绍了其宽带处理、稳健性、运动补偿、解相干等国内外的研究热点和最新成果,同时给出其在各种水声阵列处理领域的应用前景。     

线阵分裂波束处理技术在水声探测中的应用

声呐波束形成处理通常输出各个方位上的目标能量信息,利用指向性极大值位置给出目标的大致方位。为了得到更加精确的目标方位估计,需要寻找对目标方位微小变化作出灵敏反应的物理量。分裂波束处理所输出的各个方位二子阵的相位差信息,对方位变化十分灵敏,其测向精度接近于克拉美罗下界,不需增加太大运算量即可显著提高声呐系统测向精度,在水声中得到了广泛研究和应用。对线阵分裂波束处理在水声探测中不同的应用进行了梳理和总结,重点阐述了基于分裂阵半波束处理的被动声呐宽带相关检测、主动声呐相位单元化处理、超波束形成和水下慢速目标相位差空时方差自动检测跟踪(Automatic Detection and Tracking,ADT)技术的原理、处理流程和结果。     

稳健的波束优化设计及FPGA实现

在分析二阶锥规划(Second-Order Cone Programming,SOCP)算法的基础上,设计了声呐阵列并采用SOCP方法对其波束图进行了优化;根据SOCP的波束优化设计方法,设计了基于FPGA的16元均匀圆阵的波束形成器。目的在于提高波束优化设计的稳健性以及信号处理系统的运算实时性、运算精度等。对FPGA波束形成器的仿真性能进行了分析,主要分析了以下两个方面:首先分析了当权值位数不同时对波束形成器输出的影响,其次分析了波束优化设计方法的抗阵列流形误差的性能。仿真设计结果和实验表明本文方法的有效性。二阶锥波束优化设计的波束图有着良好的稳健性,采用12位权值的FPGA波束形成器,抗阵元位置误差性能也比较好。     

盲波束形成算法及其C语言实现

阵列信号处理作为信号处理的一个重要分支，在通信，雷达，声呐，地震勘探，射电天文等领域获得了广泛应用和迅速发展。波束形成技术是阵列信号处理中的一个主要问题，它使阵列方向图的主瓣指向所需的方向，盲波束形成算法，可以在不知道阵列流形，信号和干扰方位的情况下，仅根据各个阵元的观测数据，恢复出信号．本文主要讨论应用VC 语言实现和比较了几种基于累积量的盲波束形成算法的性能。     

Development of a New Target Simulator

1IntnductionManykindsofexperimentaldataareneededinthedesignofsonarequipmenttotestwhethertheequipmentcanoperatewellornot.Thesedataarealsonecessaryintheresearchonthesonarsignal-processingalgorithmtojustifyitscormctnessandefficiency.Buttheseusefuldataaredifficulttoget.Onereasonisthesecrecy.Ano'therreasonisthatthedatameasuredfromthenaturalenvironmentareundertheinfluenceoftheclimateandtheconditionsofthesea.Sotheyusuallycannotsatisfytheusers'need.Becauseofthelackofreasonabledata,thesonarequipmenta…     

声纳基阵信号模拟器实时软件的开发

声纳基阵信号模拟器是一种实用的、可近似仿真实际监测目标及使用环境的阵元级信号发生器。声纳基阵信号模拟器的使用将有效缩短数字式声纳的研制周期，大大减少湖试和海试的次数。文章中以通用信号阵列处理系统为运行环境，详细介绍了一种声纳基阵信号模拟器实时多任务系统的软件设计与开发过程，分析了该软件系统中所有基本任务的功能以及多任务之间的通信关系，并且最后给出了该实时多任务软件在通用信号处理机上的实现拓扑图。实践证明，该套软件功能完备，且具有很好的实时性和稳定性，非常适用于现代声纳工程领域。     

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...     

基于解卷积的高精度水下声信标测向方法

针对水下声信标搜寻定位声呐对搜寻定位效率的需求,文章引入一种基于空域解卷积的高精度水下声信标测向方法,对常规波束形成结果进行解卷积处理,提高了声信标搜寻定位声呐的处理增益和测向精度,提高了搜寻定位效率,并且使得为搜索发射频率为37.5 kHz的声信标设计的声呐,同时也具备了对发射频率为8.8 kHz的声信标的搜寻定位功能。通过仿真和实测数据验证了文中方法的有效性。     

实现最佳左右舷分辨的三线阵最佳阵间距研究

从理论上推导了三线阵最佳阵增益（最佳时-空处理）波束形成器,并给出了高斯背景噪声下三线阵最佳空-时最佳线性处理系统和三线阵次最佳空-时最佳线性处理系统框图。然后在最佳波束形成器的基础上推导了三线阵最佳左右舷分辨的阵间距,最后给出了详实的仿真结果论证理论推导。     

SAVSTMV波束形成算法研究

矢量阵常规波束形成(Vector array Conventional Beam Forming,VCBF)能够消除普通单线阵左右舷模糊现象,但VCBF波束宽度受到"瑞利限"的限制,不能分辨同一波束内的多个目标。矢量阵导向最小方差(Vector array STeered Minimum Variance,VSTMV)波束形成算法是一种宽带自适应波束形成算法,具有高分辨力和抗干扰性能。VSTMV波束形成直接在阵元域进行,计算量较大且稳健性差,不利于实时实现和应用。提出一种分子阵VSTMV波束形成算法(Sub-Array Vector array Steered Minimum Variance,SAVSTMV),可有效降低计算量,算法稳健性更强。通过理论研究和仿真计算,证明该算法比矢量阵常规波束形成算法具有更好的性能,有利于实际应用。     

密集式MIMO声呐高分辨成像实验研究

为验证密集式多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)声呐高分辨成像算法的有效性,进行了水池实验并获得了期望的高分辨成像结果。首先,将成像算法分为角度维高分辨成像和距离维高分辨成像两种,分别建立了各自的成像处理流程。角度维高分辨成像基于虚拟阵列波束形成算法,距离维高分辨成像基于大带宽信号合成算法。然后,根据两种处理流程选择合适的发射信号和阵型,并据此搭建密集式MIMO声呐高分辨成像平台进行水池实验。最后,通过与传统单输入多输出(Single-Input Multi-Output,SIMO)声呐的成像结果进行对比,证明了MIMO声呐可结合发射信号、阵型和相应的处理流程获得更高的角度分辨率和距离分辨率。     

反蛙人声呐的相控波束稳定

吊放式反蛙人声呐的水下姿态不稳定性对设备性能带来不利影响,声呐湿端姿态倾斜会使各波束主瓣平面偏离水平面,导致水平面内的发射声波强度损失以及海底、海面混响反射强度的增加,姿态旋转则会造成声呐接收方位失真。文章在推导给出湿端陀螺坐标系与大地坐标系之间姿态变换关系的基础上,基于大地坐标系内的姿态和横滚角,以相控俯仰实现导引方位上的发射波束稳定,在纵倾6°情况下,于波束导引方位可获得2.7 dB的波束稳定增益;以湿端横滚角补偿进行接收波束的方位修正,弥补陀螺航向角修正的精度误差,在纵倾6°情况下,能克服最大0.56°的方位修正误差;将仿真结果和有关试验数据进行了分析比较,验证了相控波束稳定方法的工程可行性。     

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。