频域宽带波束形成器设计

研究无线网络传感器,采用宽带信号波束技术,为了使宽带信号在整个频段内保持稳健的波束,以及克服快拍数有限对空间谱估计带来的不利影响,采用频域波束形成算法形成宽带波束,利用对角加载技术补偿所估计的空间谱,并通过矩阵求逆定理推导出对角加载值的取值范围.最后的仿真结果表明通过选择合适的对角加载值可以克服快拍数目不足带来的影响,从而实现具有较高阵列增益的稳健宽带波束,有效地完成对信号的空域处理,提高了传输性能.     

基于交错透传的宽带数字多波束形成技术

宽带数字多波束形成技术导致了海量数据传输与多波束数据计算的双重压力,因此该技术对现场可编程门阵列（FPGA,Field Programmable Gate Array）的高速接口、计算资源要求极高;若多通道宽带多波束集中做加权、求和运算,则FPGA资源严重不足;针对该问题,文中提出了一种基于交错透传的宽带数字多波束形成技术,采用逐层逐级分解的方式进行数据合成处理,解决了宽带多波束合成运算时,FPGA资源不够用的难题;文中详细描述了宽带信号的高速数据采集、海量数据的高效传输以及宽带采集产生的大容量数据的多波束合成算法,最后通过测试16通道、瞬时带宽1GHz的宽带输入信号,经过数据采集、传输、数据加权、求和之后形成8个波束;测试数据所形成的波形图与预期波束指向一致,验证了该技术的正确性和有效性,具有较强的工程应用推广价值。     

基于相位约束的低复杂度稳健宽带波束形成算法

针对传统空时结构宽带波束形成器结构复杂、计算量大和稳健性差的问题,提出低复杂度的稳健宽带波束形成算法。首先给出频率变化时阵列响应相位,分析频率变化与角度变化对阵列响应相位的影响。通过对期望信号不同频点施加阵列响应幅度和相位约束,补偿不同频率间的阵列响应相位差来实现无需延迟线或FIR/IIR滤波器结构的稳健宽带波束形成。然后分析频率和角度同时变化对阵列响应相位的影响,在期望信号来向附近引入辅助方位角,进一步提高期望信号来向趋于零度和相对带宽较小时算法的稳健性。理论分析与仿真实验表明,本文算法结构简单,计算复杂度较低且具有较好的稳健性。     

频域宽带阵列波束形成技术优化设计

为提高宽带相控阵系统的波束合成性能,该文针对宽带相控阵系统中的延时补偿问题,采用频域宽带阵列波束形成的方法,分析了宽带相控阵中应用交叠FFT进行时延补偿的原理和误差造成的原因;基于一个接收信号带宽为600MHz的64阵元的宽带相控阵系统,研究了子阵规模、FFT点数、交叠率、位宽、采样率等交叠FFT参数对延时精度、信号保真度和波束性能的影响,在满足工程应用的要求的同时对频域宽带阵列波束合成技术进行了优化;经研究确定子阵规模不超过9个天线阵元、FFT点数不小于512、交叠率不小于1/16、位宽不小于采用12bit时可以达到指标的要求,为交叠FFT方法应用在实际工程中提供了依据与参考,并使其工程实现复杂度降低。     

雷达电子战系统的宽带数字波束形成实时实现

雷达电子战信号系统中宽带数字波束形成算法在工程中难以实时实现。要满足算法实时性要求主要面临两个瓶颈:其一是长点FFT运算量较大,难以实时实现;其二是多波束电子扫描时运算模块间实时数据传输量过大,难以保证实时传输。提出了一种应用在基于RapidIO总线信号处理平台的宽带数字波束形成的实时实现方案。该方案采用了FFT的二维分解算法,利用分模块流水线方法实现了长点FFT实时运算。采用分频段宽带数字波束形成算法,有效减少了多波束电子扫描时运算模块间实时数据传输量。该方案应用在基于RapidIO总线的数字信号处理平台的实时性能分析和算法仿真结果验证了该方案的可行性。该方案在雷达电子战系统应用中具有一定的理论研究意义和工程应用前景。     

时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法

针对频域最小方差无失真响应(MVDR)方法在源方位快速变化情况下稳定性差的问题,提出了一种基于时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法TAMVDR(Time-domain Aanlysis MVDR).在构造时域解析信号的基础上,TAMVDR通过对每一路时域解析信号引入复权,利用期望方向的输出响应不变的约束使阵列输出功率最小.在一次快拍条件下,TAMVDR即可获得最优解.仿真及试验数据处理结果表明,在目标方位快速变化条件下,TAMVDR的信号检测和方位分辨性能明显优于频域MVDR方法,且计算量较小.     

一种改进的非均匀线列阵宽带波束形成方法

研究无线网络宽带信道优化问题,关于非均匀线列阵可以使用较少的阵元避免栅瓣的出现,针对非均匀线列阵的宽带波束形成问题.采用非均匀线列阵进行宽带波束形成方式,为了使非均匀线列阵在无失真接收信号的同时更好地抑制噪声,需要设计低旁瓣的宽带恒定束宽波束;利用渐近理论宽带非均匀线列阵的设计方法和优化方法相结合,提出了一种改进的宽带非均匀线列阵的设计方法,并给出了一个设计实例.仿真结果表明,方法可以在使用较少阵元数的情况下避免栅瓣的出现,同时得到低旁瓣的宽带恒定束宽波束,更好地满足波束性能要求,提高了宽带性能.     

混响环境下的宽带波束形成语音增强方法

结合小波滤波器组理论和自适应波束形成技术,提出了一种基于宽带波束形成的麦克风阵列语音增强方法。该方法利用小波分析滤波器组将含噪语音信号变换到小波域;进行小波域阵列自适应波束形成;通过小波综合滤波器组重构增强后的语音信号。计算机仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于模式空间变换的宽带波束形成方法

由于均匀圆阵独特的空间分布使其比均匀线阵有许多优点,且均匀圆阵在模式空间变换可以转化为虚拟线阵,而转换后的虚拟线阵具有远场模式下与频率无关的特性,因此均匀圆阵可以处理宽带信号。在此分析基础上,针对均匀圆阵提出一种基于模式空间变换的宽带波束形成方法。设计出该方法的原理图并给出了该方法的具体操作步骤,还通过计算机仿真实验验证了方法的有效性。该方法只适用于均匀圆阵系统,因而针对性强,具有很好的应用前景。     

相控阵雷达数字波束形成的实现

数字波束形成系统是现代雷达一个重要的组成部分。相控阵天线通过它可以实现自适应波束、低旁瓣波束,并通过对移相器、衰减器的控制实现波束扫描。本文介绍的数字波束形成系统充分利用现有的硬件技术,实现了雷达在多种工作模式下的波束实现及控制要求。     

基于二次型约束的稳健宽带恒定束宽波束形成

针对期望信号导向矢量失配时传统宽带波束形成器性能恶化的问题,提出一种稳健的宽带恒定束宽波束形成算法。首先结合空间响应变化(Spatial response variation, SRV)约束,将算法在信号带宽内不同频点的阵列响应约束简化为对某一参考频点的约束,实现具有恒定束宽特性的宽带波束形成,再通过对权矢量模值施加二次不等式约束,抑制指向误差及传感器参数随机扰动误差,提高算法的稳健性,并通过拉格朗日乘子法,在约束边界上求得最优权矢量的解析解。实验结果表明算法可有效克服信号指向误差引起的波束形成器性能恶化问题,且具有良好的恒定束宽特性及较高的阵列输出性能。     

宽带频率-方向不变恒定主瓣波束形成

常规波束形成主瓣随频率和指向变化,为了实现频率方向二维主瓣恒定,本文基于约束优化的方法,提出了一种宽带频率-方向不变恒定主瓣波束形成算法,并将之应用到宽带信号DOA估计中。首先在参考频率上约束方向不变主瓣恒定,然后在不同指向上约束频率不变主瓣恒定,并将约束问题表示为标准的二阶锥规划形式,运用SeDuMi求解最优权向量。仿真实验表明,本文提出的算法能够实现不同频率不同指向上波束主瓣恒定,与频率不变波束相比,采用频率-方向不变波束的DOA估计方法降低了信噪比分辨门限,提高了估计精度。     

基于子带SDL的LCMV宽带波束形成性能分析

对子带阵元延迟线 （SDL）波束形成器的线性约束最小方差（LCMV）宽带自适应波束形成算法进行了性能分析 。推导了子带LCMV算法的输出信干噪比（SINR）的解析表达式,对比了子带LCMV算法和全带 LCMV算法的阵列响应性能,以及阵元数量、输入信噪比（SNR）和阵元间距对输出SINR的影 响,并分析了子带滤波器组的参数对子带LCMV输出SINR性能的影响。仿真结果表明子带LCMV 算法可有效提高性能,并可在不降低性能的条件下降低阵元需求。     

基于真延时的时控阵雷达波束形成方法

提出一种基于真延时的时控阵雷达方案,并给出时控阵雷达波束形成方法。该方法对信号带宽内所有频率分量实现波程差精确补偿,实现阵元回波的精确延时,解决了宽带相控阵雷达孔径渡越和频率色散的问题。文中以宽带线性调频信号为例进行了仿真。仿真结果表明,基于真延时的宽带时控阵不存在宽带相控阵的孔径渡越和频率色散的问题,提高了宽带阵列的天线增益、方位分辨率和距离分辨率。基于真延时的时控阵雷达波束形成技术对调制信号波形没有要求,可用于各种宽带和超宽带雷达。     

高精度波束形成的相控阵超声系统研究

为深入研究管道环焊缝缺陷特性,需要相控阵检测系统提供完全控制激励信号参数和获得接收回波信号的特性,针对该问题设计了32个模拟通道,可接入128个阵元,数字化频率达到125 Msample/s的相控阵超声检测系统.采用流水线式延时实现小数倍延时,脉冲发射延时精度为2.5 ns;使用Master-Slave结构的管理方式,在硬件上合理分配资源,对回波数据进行线性插值,同时根据脉冲的延时方案对各通道的插值数据进行存储,实现高精度数字波束形成.使用Hilbert变换提取形成波束在FIR滤波器滤波前后的包络,得到滤波后信噪比提高了9.4 dB.对标准试块进行缺陷检测实验,实验表明在深度上缺陷定位的相对误差为1.7%,相对于现有系统检测精度提高了接近2倍.     

一种宽带VLBI数字基带转换器设计

VLBI(very long baseline interferometry)即甚长基线干涉测量,是目前精度最高的射电观测手段。为了解决对硬件处理速度要求过高的问题,设计了一种基于并行下变频的宽带VLBI数字基带转换器,将并行处理与多相滤波相结合,可大大降低对处理速度的要求,缓解硬件压力,有助于解决数字信号处理的瓶颈问题。仿真结果表明,该宽带VLBI数字基带转换器成功实现了对数字中频信号的下变频、滤波抽取等功能,同时数据率大大降低,可实现宽带接收处理,也有助于信号的实时处理。     

GC5016的宽/窄带数字下变频系统设计

数字下变频是无线通信链路层的重要组成部分,宽带信号和窄带信号的下变频由于信号带宽不同而抽取因子不同,使得同时具有宽带和窄带信号的系统采用基于FPGA的系统很难实现。本文提出采用专用数字下变频率芯片GC5016同时实现宽带和窄带信号的变频;采用FPGA实现对宽/窄带数据的接收和存储,存储后数据使用高性能DSP芯片C6455实现对这些数据的处理。文中详细介绍了该系统的软硬件设计方法。     

短波宽带信道莫尔斯信号自动识别技术

入分析了莫尔斯信号的时域频域特性和短波宽带信号识别的难点,给出了自动识别算法的理论基础,并在此基础上利用宽带快速搜索和窄带精确识别相结合的方法进行了算法设计和工程实现设计,最后给出了算法的实测结果。试验结果表明,对天线接收的实际短波莫尔斯信号具有很高的侦察识别正确率和比较低的虚警和漏警率。