线性阵列天线的阵元排布及仿真测试

线性阵列是智能天线的一种阵元排布方式，它在第三代移动通信中有着特殊的应用。在相同阵元个数的情况下，采用Matlab软件对均匀线阵、约束最小冗余线阵和最优哥伦布线阵的角度分辨能力和主瓣宽度进行仿真比较。仿真结果表明，最优哥伦布线阵可以获得更佳的角度分辨能力和更窄的主瓣宽度，但是会引起方向图旁瓣电平的升高。     

水下超声成像观察阵的随机尖峰旁瓣问题

本文叙述了相握线列阵（等加权和非等加权）用于水下超声成像观察阵时的波束特性。根据随机误差理论。本文给出了在阵元相位、振幅随机起伏时，相控线列阵的尖峰旁瓣的估计。 此外，本文对声图像点进行了模拟观察。并将某些计算机模拟到的随机旁瓣特性与通过随机误差理论估算获得的结果进行了比较，两者基本一致。本文还详细地研究了影响尖峰旁瓣特性的诸因素。并根据随机相位、振幅误差和阵元失灵，提出了相拴线列阵的设计指标。 本文可供设计其他超声成像阵列时参考。     

扇区内插法设计虚拟均匀线列阵的研究

目前许多高分辨算法只适用于均匀线列阵的方位估计．在不规则阵列条件下，需将实际阵列等效为虚拟均匀线列阵．文中通过对基于扇区内插法设计虚拟均匀线列阵的研究，给出了设计的具体步骤，并提出一个简单且准确的虚拟线列阵阵元间隔的计算公式．     

等束宽最佳扫描线列阵

线列阵波束从法线方向向端射方向扫描时，基阵束宽bw逐渐增大，而同时使基阵加权逐渐变浅，加权对束宽增大的影响逐渐减小，适当选取加权系数可使基阵束宽在波束扫描时基本相等。文中计算并分析了楔比雪夫加权线阵旁瓣级－rs与波束展宽系数fbw相对方向性指数（DI－DI0）的关系，给出了等束宽64元楔比雪夫加权线列阵的计算结果，最后分析了线列阵相对阵元间隔d/γ变化对（DI－DI0）的影响。     

拖曳线列阵波束形成的级数模型

利用基阵形状的级数表示形式,借助声场中的平面波,估计阵形系数,确定每个基元坐标的估计值,恢复畸变线列阵的波束形成性能,实现未知形状线列阵的波束形成。文中提出主瓣陡度法作为判别准则,所需运算量比最大陡度法减少一个数量级以上。     

基于高阶次Cross Sensor处理的波束形成方法

为得到鲁棒性、高分辨波束形成,提出了一种高阶次Cross Sensor处理方法。该方法依据阵元间协方差矩阵同一斜对角线上不同元素具有相同相位差的特点,对协方差矩阵进行M阶次Cross Sensor处理后可虚拟出近(2~M-1)(N-1)个虚拟阵元(N为原始阵元数)。虚拟阵元的增加可扩大线阵有效孔径,降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率。在Cross Sensor处理过程中,该方法对协方差矩阵同一斜对角线上不同元素进行了叠加运算,可进一步削弱噪声对波束形成的影响,提高了波束形成鲁棒性。数值仿真和海上试验结果表明,该方法既能有效降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率,又可削弱方位历程图干扰背景。相比已有的逆波束形成,该方法具有较好的方位分辨率;相比已有的基于AR模型的高分辨逆波束形成,该方法对最低门限信噪比的要求较低,方位估计均方误差较小。     

弧形阵列换能器聚焦特性研究

设计一种新型多阵元聚焦换能器,通过对27片自聚焦的圆弧施加延时信号,实现声束的聚焦和偏转,该换能器由27个宽度1.5 mm、曲率半径45 mm、张角60°的弧形阵元线性排列构成,工作频率为350 kHz。用Rayleigh积分对该换能器的声场进行理论推导,并仿真计算自然聚焦和相控聚焦0,10,20 mm状态下的声场分布。实验测量结果表明在-12～12 mm的偏转范围内与仿真基本一致,主瓣声压级降低至-3 dB、-6 dB时,各相控偏转位移对应主瓣宽度与仿真基本吻合,而大于该偏转范围时,主瓣宽度比理论值更大,说明此换能器具有较大的偏转范围与良好的相控聚焦性能,最后讨论由相幅一致性而引入的误差。     

矢量水听器线阵波束图

本文研究了矢量水听器均匀线阵的采用不同方式进行波束形成的波束图,并和声压阵相应的量进行了比较.结果表明,相对于声压阵,在不增加阵孔径的前提下,利用矢量水听器阵获得的波束主瓣更窄,旁瓣更低.利用声压和振速的联合处理,去除了声压线阵方位估计中的左右舷模糊.     

基于平面传声器阵列的声源定位系统

对阵列的特性进行了研究,并提出了一种优化的64阵元平面螺旋阵列。这种64阵元平面螺旋阵列的阵元分布在以阵列中心为轴心的8条螺旋上,并且具有较窄的主瓣宽度和较低的旁瓣级。基于这种优化的阵型,研制了一种声源定位系统。研究分析了该阵列的探测性能,并通过实验数据对该声源定位系统的性能指标作了验证和评估。利用波束形成算法进行声源定位,通过仿真和实验分析,证明了这种阵型优化的阵列在声源定位应用中的有效性。     

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。     

成组光纤水听器特性研究

成组光纤水听器具有能抑制流噪声、有指向性、灵敏度高等优点,可应用于全光拖曳阵.介绍了成组光纤水听器的概念,建立了其拾取水声信号的水声信号检测模型,理论分析了其灵敏度和指向性.完成了四子单元的芯轴型成组光纤水听器的光学设计和机械设计.在非消声水池中,采用脉冲法测定了其灵敏度和指向性.结果显示:此结构的成组光纤水听器灵敏度为-152dB(0dB=1rad/Pa),与理论值-151dB基本符合;当时,指向性函数主瓣宽度为28°,与理论值26°度基本吻合.     

基于人工蜂群遗传算法的稀疏全聚集成像方法研究

稀疏阵列设计是一种可提高相控阵成像实时性的有效途径。遗传算法能较好解决线性阵列稀疏这种典型的约束优化问题。但此算法的局部搜寻能力较弱,且在后期搜寻效率较差。为此,论文通过构建人工蜂群-遗传算法的阵列稀疏方法,把蜂群寻找最优解的过程引入到传统遗传算法中,增加全局最优解的搜索能力。结果显示,人工蜂群-遗传算法优化后得到的稀疏阵列比遗传算法优化后得到的稀疏阵列具有更高的旁瓣抑制力,阵列的峰值旁瓣水平达到-11.40 dB。而在阈值为-6 dB时,两种算法优化得到的稀疏阵列主瓣宽度都等同于全阵列2.8°的主瓣宽度。最后,论文通过相控阵检测系统在钢轨试样上采集超声信号,利用人工蜂群-遗传算法设计得到的稀疏矩阵进行全聚焦成像。实验结果显示,当阵元数为32的线性阵列在稀疏率达到75%时,稀疏阵列的阵列性能指标分辨率、信噪比与满阵相差不大,但成像效率却提高了53.04%。     

Effects of finite notch width on the fracture of chevron – notched specimens

The chevron notched three-point bend test specimen is often used for measuring the fracture toughness of brittle materials such as ceramics. Specimen sizes are often very restricted when testing advanced materials due to limited volume of material available or high material costs. Since the minimum chevron notch width is limited by the size of the cutting wheels or wire saw used to produce it, as the sample size gets small enough, the notch width becomes large in relation to the sample size. It is shown via finite element analysis that the notch width has an important effect on the stress intensity factors of short cracks. The minimum in the normalized stress intensity factor versus crack length is lost, rendering the usual analysis of the experimental results invalid and contributing greatly to decreased fracture stability of such specimens. Previous analytical and numerical studies do not take into account the width of the chevron notch. Based on the calculations, a guideline to permissible notch widths is introduced. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

超波束(HBF)用于波束锐化

介绍了一种波束锐化技术,即超波束形成技术（Hyper Beamforming,HBF）,可以在减小波束宽度的同时抑制旁瓣,提高目标检测性能及方位估计能力。该方法结合常规空间加权可以进一步降低旁瓣,从而可以利用较小规模的基阵尺寸,实现大基阵的检测性能。文中给出了恒定束宽HBF实现所需系数,并将该方法应用于CW及FM信号处理,给出了预期的仿真结果。     

小型化线列阵研究

介绍了一种小型化线列阵,阵结构与常规线列阵最大的不同在于阵元间距小于四分之一波长。通过理论分析和仿真计算优化了各阵元的最佳权系数,获得了良好的指向性,得到了实验的证明。小型化线列阵的指向性图具有四大特点：①单向性：仅在半空间出现一个轴对称的主波束,无栅瓣和次瓣。②端射特性：主波束出现在线阵的轴射方向。③超指向性：在阵的尺寸远小于二分之一波长条件下不仅可以获得良好的指向性图,并且波束宽度随阵元间距的减小而减小。④恒定束宽特性：在阵元间距小于八分之一波长条件下,波束宽度随频率变化非常平缓。这种小型化基阵也可用于大型基阵如拖曳阵和展开式体积阵的子基阵,进行低频宽带信号的检测。     

Effects of apodization on a holographic demultiplexer based on a photopolymer grating

An investigation of the effects of apodization on a holographic demultiplexer that is based on a photopolymer grating is presented. Uniform and Gaussian apodized gratings are fabricated in a DuPont HRF-150-38 photopolymer. From the theoretical and experimental results, the spectral response of the apodized grating has a larger main lobe but lower sidelobes than those in the uniform-grating case. A 42-channel demultiplexer that is based on the Gaussian apodized grating with an 0.4-nm channel spacing is demonstrated. A cross-talk level of -30 dB and an interchannel uniformity of 1.5 dB are archived in the wavelength range of approximately 1550 nm.     

Micro-machined high-frequency (80 MHz) PZT thick film linear arrays

This paper presents the development of a micromachined high-frequency linear array using PZT piezoelectric thick films. The linear array has 32 elements with an element width of 24 μm and an element length of 4 mm. Array elements were fabricated by deep reactive ion etching of PZT thick films, which were prepared from spin-coating of PZT sol-gel composite. Detailed fabrication processes, especially PZT thick film etching conditions and a novel transferring-and-etching method, are presented and discussed. Array designs were evaluated by simulation. Experimental measurements show that the array had a center frequency of 80 MHz and a fractional bandwidth (-6 dB) of 60%. An insertion loss of -41 dB and adjacent element crosstalk of -21 dB were found at the center frequency.     

二阶镶拼圆管矢量接收换能器研究

文章介绍了一种二阶镶拼圆管矢量接收换能器的设计方法,获得了类偶极子指向性以及波束宽度更为锐化的类四极子指向性。利用理论计算以及有限元仿真分析了镶拼圆管的指向性以及接收灵敏度,并实际制作了二阶镶拼圆管矢量接收换能器。在消声水池的测试表明,灵敏度测试结果与有限元仿真计算结果吻合较好,镶拼圆管矢量接收换能器类偶极子指向性图-3 dB波束宽度在95°左右,类四极子指向性图-3 dB波束宽度在40°左右,二阶矢量指向性图波束宽度明显比一阶矢量指向性图波束宽度更加锐化。     

Determination of stretch zone width using fem

The study addresses numerical determination of stretch zone width and its critical value. The proposed method is based on the highly deformed stretch zone that is defined as stretch zone width, expected to be better than the half of the crack tip opening distance which inturn determined using 45° line method. The investigation essentially comprises a number of finite element analyses of compact tension test, using tensile test data. The proposed methodology also provides insight into the mechanism involved in the creation of stretch zone.     

旁瓣约束方向不变恒定束宽波束自适应综合

将自适应加权方法应用于波束图的主瓣控制研究,提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。在波束图旁瓣区域引入若干虚拟干扰源,自适应调整干扰强度,改变波束形状。以主瓣某一指向的波束宽度为参考,以每次迭代后波束图最低旁瓣峰值与主瓣峰值的差作为下次迭代运算的预设主旁瓣比,在保持主瓣区域宽度不变的情况下,用自适应综合的方法获得不同主瓣指向上的最低均匀旁瓣。将该算法应用于均匀线阵和半球面阵,均在±60°的范围内得到了方向不变恒定束宽波束。研究表明,该算法不仅适用于均匀线列阵,也可用于任意结构阵列。