基于导向矢量估计的鲁棒波束形成

针对标准Capon波束形成器中真实导向矢量与期望导向矢量存在误差时,其性能会急剧下降的问题,提出了基于加权空间平滑与导向矢量估计相结合的鲁棒波束形成算法。该算法利用加权空间平滑方法,对子阵进行特殊的划分,根据子阵间自相关矩阵与互相关矩阵权重差异,采用嵌套的方式获得加权矩阵,继而得到更加精确的协方差矩阵,接着,使用不确定范围约束期望导向矢量来获得真实导向矢量。仿真结果表明,和传统的自适应波束形成算法相比较,本文算法在面对协方差矩阵中含有期望信号以及角度失配问题时,鲁棒性得到明显提升。     

水下成像的稀疏阵列乘性处理

针对阵列传感器布阵设计中的冗余问题,提供了一种水下声学成像稀疏阵列的处理方法。采用稀疏阵列乘性处理方法可合成一个收发一体的虚拟阵列且虚拟阵元数目等于实际阵列发射阵元与接收阵元的乘积。依据相位中心近似的原理,对虚拟阵元的布阵位置进行了数学的解析表示,使用几种不同结构的稀疏阵列进行比较。实验结果得出,使用上述方法建立的稀疏阵列性能指标在三维声场、波束、导向矢量、主瓣宽度和峰值旁瓣级等方面与同等数量的收发一体Mills cross稀疏阵列一致。表明了乘性处理方法能有效解决阵元冗余问题,利用上述方法可得到一种优于Mills cross的新型稀疏阵列。     

基于凸优化的3D变迹函数水下声呐成像算法

针对水下声呐成像算法中旁瓣电平过高的问题,提出一种基于凸优化的3D变迹函数优化方法,用于成像算法之前,以求在波束形成中获得较低旁瓣电平。利用凸优化算法高效求解满足约束条件的阵元激励权值,将激励权值形成一个3D变迹函数,以幅度变迹的方式作用于各阵元接收的信号,并对幅度变迹后的各阵元接收信号采用延时叠加方法波束形成并成像。以主瓣宽度和峰值旁瓣电平作为衡量波束性能的指标,将所提出方法与切比雪夫窗函数方法和未经变迹函数方法处理进行对比,并进行成像仿真。实验结果表明:所提出方法可以有效地抑制波束峰值旁瓣电平,提高成像对比度。