矢量水听器阵列虚拟阵元波束形成

在信号频率一定的情况下,常规波束形成方法需要通过增大基阵孔径来提高目标方位的估计精度,但这会受到实际工程应用的限制。在研究矢量水听器波束形成的基础上,提出了基于Taylor级数展开的虚拟阵元波束形成方法。该方法针对有限尺度双十字阵型的矢量水听器基阵,根据已知阵元接收的数据,运用Taylor级数展开方法估计虚拟阵元上的接收数据,使基阵孔径在虚拟意义上得以扩大。从而改善了阵列的波束性能,窄化主瓣和抑制旁瓣,实现了空间分辨率的提高。仿真和试验数据结果证明了该方法的有效性。     

矢量传感器线列阵波束域MUSIC方位估计

在研究矢量传感器阵列目标估计基础上,本文首次在矢量传感器阵列处理领域将矢量阵波束形成与波束域目标估计算法结合起来,实现了高精度目标方位估计,与常规阵元域和波束域方法相比,提高了多目标估计性能,增大了阵列输出增益,大大减小了计算量.仿真验证了本算法的优越性.     

宽容自适应波束形成在矢量阵上的应用

矢量水听器由声压和振速水听器复合而成,可以共点同步测量声场中的声压与振速。相对于声压阵,使用矢量阵能在大部分观测区域实现无模糊定向,突破半波阵限制,扩展阵列孔径。当导向矢量精确已知和观测数据充分时,MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)的分辨率和抑制干扰能力都优于常规波束形成(CBF)。在实际应用中,导向矢量存在误差或者时变,MVDR的性能严重恶化。RCB(Robust Capon Beamforming)是最近出现的一种宽容自适应波束形成算法,该算法直接对导向矢量进行估计作波束形成,从而有效避免了因导向矢量失配性能下降。推导了秩亏情况下的RCB,将其应用到矢量阵,海试结果表明了该方法的有效性。     

一种新型的OFDM智能天线

根据自适应天线阵列理论，结合给定的参考波束的误差，引入虚拟干扰的概念，对目标波束图形状进行调整，提出一种新的可以应用于任意类型天线阵列的波束综舍算法．应用提出的新算法，在主辩和旁瓣位置都可以对波束进行有效的调节．最终获得阵列的最优权矢量，能够最小化目标波束图与参考波束图间的差异．理论分析与仿真结果表明，与现有的同类算法相比，该算法能更有效地获得与参考波束基本相符的波束．应用于OFDM智能天线系统时，对不同子载波频率上信号进行单独处理，利用该算法进行波束综合，能够在整个有效频段，使所有子载波上获得基本一致的阵列输出．     

基于洛伦兹锥规划的声矢量阵宽容自适应波束形成

针对矢量阵Capon波束形成对阵列误差尤其敏感这一不足,提出了运用洛伦兹锥规划(LCP,Lorentz Cone Pro.gramming)实现导向矢量范数约束来提高波束形成鲁棒性的方法.鉴于矢量水听器声压分量和振速分量对阵列误差敏感程度不同的特点,采用了"双线约束"的策略.将范数约束波束形成转化为LCP形式,通过内点...     

自适应Notch滤波器在阵列信号处理中的应用

为了不增大阵列尺度采用信号处理方法得到高分辨率的波束指向性,首先利用Notch滤波器的＂离线重构＂实现窄带波束形成,进而结合其瞬时相位估计方法,研究了基于自适应Notch滤波器的恒定束宽波束形成技术,利用信号处理方法将矢量传感器阵列接收的低频窄带信号转化为具有指向性的较高频率波束,并采用虚拟阵元技术消除波束栅瓣的影响,给出了实际应用中具体的信号处理方法。仿真和湖试验证表明这种基于自适应Notch滤波器的恒定束宽波束形成方法是合理可行的。最后,针对适应实时信号处理的要求提出将这种方法与目标自动跟踪系统相结合的改进方向。     

一种用于小平台的阵列虚拟阵元波束形成方法

水下小平台(UUV、AUV等)的探测方面往往面临自身尺寸的限制,而无法按照常规的方式进行阵列布放。目前阵列信号处理大多基于波束形成对其进行信号处理,因此阵孔径的大小直接决定目标方位探测的各项性能。本文提出一种虚拟阵元波束形成方法,相对于常规方法在水下小平台的阵列信号处理方面得到了较好的应用。     

基于稳健Capon波束形成的阵形校正

由于受地形、海流和布放方法等的影响,声阵在布放后通常会偏离原定阵形。若直接利用原定阵形作方位估计,则各种高分辨方位估计算法的性能通常会退化甚至失效。因此,为了在实际中应用这些算法,必须对阵元的位置进行校正。RCB(Robust Capon Beamforming)是最近提出的一种稳健自适应波束形成算法,该算法直接对导向矢量进行估计,并用估计的导向矢量作波束形成,从而有效避免了因阵列流形失配而导致的算法性能下降。借用RCB的思想,提出一种新的阵形校正方法,该方法对导向矢量进行估计,然后用估计的导向矢量推导出阵元的位置。湖试结果表明了该校正方法的有效性。     

阵元失效对克罗内克积波束形成性能的影响

对于一类规则阵型,可以引入克罗内克积提高最小方差无失真响应波束形成器的鲁棒性,同时降低其运算复杂度;然而,对于阵元数较多的规则阵列,阵元失效的可能性大幅增加,当某些阵元失效时,规则阵列不满足克罗内克分解。针对常见阵元失效问题,文章研究了阵元失效的三种情况对最小方差无失真响应波束形成器与克罗内克积自适应波束形成的性能影响。仿真与实验结果证明,信号完全缺失的通道对自适应波束形成器的影响最大,信号重复的通道对自适应波束形成器的影响最小。文章据此提出了一种低复杂度的信号恢复方法,通过使用相邻通道的信号代替信号缺失通道,提升阵元失效情况下的波束形成性能。     

多约束线性非均匀阵列天线的合成

为了提高线性非均匀阵列天线的优化效果,降低阵列天线设计的复杂性,本文提出了一种改进的蝙蝠算法来实现更低的峰值旁瓣电平(PSLL).改进的蝙蝠算法在阵列孔径约束和阵元上下界限的限制条件下,优化每个阵元位置来获得方向图峰值电平最低,实现全阵列最佳的阵元位置.本文分别对18个阵元和32个阵元阵列天线数值仿真,仿真结果达到了-20.081 dB和-22.656 dB.从而验证了提出方法的有效性和稳定性,并且实现了更高的优化效率.     

Analysis of the ultrasonic field radiated by time-delay cylindrically focused linear arrays

The ultrasonic field at the scanning central plane of a linear array whose driving delays are quadratically varied for cylindrical focusing is studied. An efficient and accurate algorithm based on the classical time domain convolution-impulse response methodology is applied for calculations. The method takes into account the full size of the array elements and does not use any paraxial or far-field approximations. The cases of linear and sector scanning are studied. Patterns of array impulse responses h(A)(x ,t) at selected field zones, including the main propagation axis and the focal line, are described for different steering conditions. In order to facilitate the analysis of h(A)(.) curves, a set of temporal and spatial parameters are defined. In particular, the concepts of "elements" times of arrival vectors" and "virtual aperture" are shown to be helpful in achieving a simple interpretation of array fields. Plots of pressure under wide-band and continuous-wave radiations are also presented and discussed. In particular, several discrepancies with classical approaches are mentioned, as well as other aspects of the focused held such as the location of the point of maximum amplitude, and the lateral deterioration and asymmetries caused by steering.     

基于多普勒特征恢复的声矢量阵鲁棒自适应波束形成方法

在短快拍、信号导向矢量失配环境下,传统的自适应波束形成方法性能受到影响,对角加载技术是提高算法在复杂环境下性能鲁棒性的重要技术之一。针对水声环境和水声信号特点,提出一种基于声矢量阵的自适应波束形成方法。该方法利用水声信号的多普勒频率信息,在不同环境下自适应地选择最优对角加载因子,确定波束形成的权矢量,从而实现提取期望目标信号、抑制干扰和噪声的目的。无需任何用户参数,鲁棒性强、估计精度高。最后基于声矢量阵进行仿真实验,仿真结果证明了所提出的方法能够有效地获取目标信号,具有较好的抗干扰能力。     

基于MUSIC算法的近场空速估计

研究了基于声矢量传感器阵列的近场空速估计问题。首先,在声矢量传感器近场阵列输出模型的基础上,考虑声波在连续、均匀稳定气流中的传播原理,构建了稳定气流作用下近场质点振速测量模型,模型导向矢量中包含了待估计的空速信息。在此基础上,提出了一种近场空速估计的MUSIC算法,为评价算法估计性能,推导了空速估计的克拉美-罗界表达式。仿真实验验证了算法的有效性。     

2.4GHz无线电波的相位干涉测向研究

讨论了利用相位差测量2.4 GHz入射电磁波方位角和仰角的方法.在理想情况下分别对接收天线为三元阵和五元阵时对测向系统进行仿真,针对其测向精度比较二者的优劣性.对于五元阵接收到的信号所具有的“相位模糊”问题,采用“虚拟基线法”解相位模糊,提高测向精度.     

自适应阵列天线波束方向增益特性的研究

介绍了一种适用于时分双工蜂窝移动系统，基于非线性判决反馈均衡器和递归最小平方算法的环形自适应阵列天线，研究了阵列波束对期望信号的增强和对干扰信号的抵消的形成过程，并分析了方向增益的收敛属性与训练序列的关系，计算机仿真结果表明了波束形成与接收信号到达角度之间的联系，发现了波束收敛所需训练序列的最佳长度。     

基于遗传算法的单矢量水听器多目标方位估计

矢量水听器能同时获得声场中某一点的声压标量和质点振速矢量,获得了比常规声压水听器更多的信息。矢量水听器自身是一个空间共点阵,具有一定的空间指向性,这些特点使矢量信号处理技术与声压信号处理技术具有重大差异。根据单个矢量水听器多目标分辨的数学模型,即声压和振速的偶次阶矩组成的非线性联立方程组,研究了该方程的解算方法,给出了可以使用遗传算法求解该非线性方程组的结论和计算精度。     

基于SOC规划的稳健盲波束形成算法

通过限制估计的方向向量与真实的方向向量之间的误差范数的边界,提出了一种基于二阶锥（Second Order Cone,SOC）规划的稳健四阶累积量盲自适应波束形成算法。该算法相较于采用传统对角加载技术的高阶累积量盲波束形成算法和WCPO-RCUM算法而言,进一步提高了稳健性和输出信干噪比。计算机仿真实验表明,该算法具有很好的稳健性。     

A Simulation Study of the Beam Steering Characteristics for Linear Phased Arrays

Ultrasonic beam steering characteristics for linear phased array transducers are simulated numerically by visualizing the full-field acoustic pressure field of the waves radiated from a linear phased array transducer. The influences of various transducer parameters on the beam steering properties are studied, including number of elements, inter-element spacing, element size, frequency of the transducer and the steering angle. In addition, the effects of these parameters on the near field characteristics are investigated by analyzing the acoustic pressure profile in the steering direction. The simulation results agree well with the analytical solutions which are valid only in the far field. A suggested scheme for optimal transducer design is presented.