圆柱形基阵波束形成仿真研究

波束形成问题是阵列信号处理的核心问题。阵列的结构形状、阵元数目和处理算法等因素决定了其空域滤波的性能。本文给出圆柱形基阵的波束形成分解方法;然后深入研究圆柱形基阵的常规波束形成方法和旁瓣控制波束形成方法,通过利用圆阵的相位激励模式,将直线阵中应用的旁瓣控制加权方法应用到圆阵,从而降低圆柱形基阵输出的旁瓣级,以提高基阵性能;最后仿真分析圆柱形基阵在各种不同的加权方式下的性能。     

一种螺旋双锥体积阵宽带恒定束宽波束形成方法

本文提出一种螺旋双锥体积阵宽带恒定束宽波束形成方法。在远场条件下,依据信号源和阵元的位置信息,给出了螺旋双锥体积阵接收信号模型,将阵列响应向量表示成以Bessel函数为核函数的形式。确定参考频率,将宽带划分成多个子带,使得子带内各频率分量上的波束图与参考频率上的波束图一致。本文提出的宽带恒定束宽波束形成方法能有效地运用到螺旋双锥体积阵处理宽带信号中。采用螺旋双锥体积阵接收处理宽带信号,解决了垂直线阵、矢量水听器和平面阵的各种局限,更有利于实现宽频带信号处理。     

基于Bartlett加权的水下近场多源精确定位

水下近场声源被动定位中,为了使用少量阵元获得更高的分辨率,阵元为稀疏布置(阵元间距大于半波长).对于单个声源,利用Capon法可以精确获得该声源的位置.但对于多个声源,Capon法的定位精度将会降低,对多散射点的显示结果造成影响.针对此,提出了利用常规波束形成法和Capon法获得初步定位的基础上,再通过Banlett加权在各声源处进行波束置零以减少其相互之间的干扰,再取Bartlett波束形成器的输出结果的倒数来显示多个声源所处的位置.通过数值仿真对本文所提出的方法进行了验证.     

子阵波束域自适应波束形成方法研究

阵列输出的有限次快拍处理等效地增加了信号之间及信号与噪声之间的相关性,导致了现有的子阵自适应处理方法在小快拍数目时的性能损失.现提出一种子阵波束域自适应波束形成算法,通过对子阵多波束输出的协方差矩阵求平均,减弱信号之间的相关性,从而提高自适应波束形成算法的性能.仿真结果表明,该提算法在小快拍数情况能够大大提高输出信干噪比,并有效地抑制阵元上接收的随机噪声.     

一种矢量阵近场恒定束宽波束形成方法

矢量传感器可以同步共点地获取声场的标量和矢量信息,具有较好的指向性、紧凑的结构及抑制各向同性噪声干扰等优点,同时应用多个矢量传感器组成矢量阵可以获得更高的测量增益,为低信噪比条件下舰船辐射噪声量级的准确评价提供一种有效手段。本文建立矢量阵近场信号模型,给出基于单个矢量传感器输出量处理和基于阵列同类输出分量相乘处理的波束形成方法,并针对恒定束宽波束形成问题,提出一种基于Kaiser窗的近场恒定束宽波束形成方法,利用Kaiser窗的特点,通过设定窗函数的步长随指数变化,使设计波束响应逐渐趋于理想波束响应,提高了恒定束宽波束形成器的设计精度,最后通过仿真试验验证上述算法的性能。     

矢量阵被动合成孔径算法

随着减震降噪技术的发展,水下辐射噪声水平不断降低,使得采用常规波束形成技术进行声源定位难度加大。基于此原因,本文重点研究矢量阵被动合成孔径技术,该方法将合成孔径应用于矢量线列阵中,通过理论及仿真表明,该方法要优于常规声压阵列,它可以通过较少水听器阵元数目的阵列,得到可以覆盖多个倍频程信号的大孔径的虚拟阵列,具有更高的目标定位精度,而且可以获得长阵具有的阵增益和方位分辨力,降低工程实施难度,适合低噪声目标的辐射噪声测量,具有良好的工程应用价值。     

基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术

大孔径拖曳线列阵受舰艇横向机动、洋流影响和水动力影响时会产生一定的阵形畸变,阵形畸变使得波束形成时阵列流型失配,进而降低了波束分辨率和信号的增益。在无法进行阵形估计时,基于时延估计的分裂阵时域波束形成技术将大孔径拖曳线阵分为左右双子阵分别做波束形成,通过最大似然时延估计算法估算对应波束的时延差,再依据估算时延差对左右波束进行延时求和得到最终的波束信号。仿真和海试数据证明,相对于全阵直接做波束形成的方法,基于时延估计的分裂阵的时域波束形成技术有效提高了波束分辨率和信号的增益。     

2D HyperBeam在主动阵列信号检测中的应用

对分裂波束的阵列信号特性进行了分析,对HyperBeam的1D和2D定义及工作原理进行了讨论,给出主动阵列信号处理中基于2D HyperBeam频域检测的信号处理方法.仿真结果表明,2D HyperBeam波束形成使得主瓣束宽得到锐化,同时旁瓣级也有较大幅度降低,在主动阵列信号检测中性能超过常规波束形成.     

采用加窗LS FIR滤波器实现波束形成的分数时延

为解决由时延量化误差引起的波束图畸变,采用FIR分数时延滤波器来实现波束形成中的非整数倍采样间隔的时延,并进行仿真研究.首先介绍波束形成中由时延量化误差引起的波束图畸变现象,然后给出采用加窗最小平方误差FIR滤波器设计来精确实现波束形成中的分数时延的方法.基于50元均匀线列阵的波束设计实例验证了该方法的有效性.该方法不仅保证了波束形成的精度而且简单易行,对实现时域数字多波束形成的快速并行处理有重要意义.     

基于次声波相控矩形阵列法的聚束定向技术研究

采用相位控制法对次声矩形阵列波束进行了聚束定向,分析了阵元数和阵元间距对波束定向的影响,并在Matlab中进行了仿真实验,结果验证了该方法的可行性。     

组合圆周阵宽带恒定束宽波束形成研究

为解决组合圆周阵恒定束宽波束形成问题,本文建立组合圆周阵接收信号模型,将阵列响应向量表示为贝塞尔函数的级数之和,截断高阶项,利用将各频率点上的波束图与参考波束图一致的思想,得到恒定束宽波束图,并讨论改变阵列参数对波束图的影响。计算机仿真实例表明该方法可有效运用到组合圆周阵恒定束宽波束形成问题中。本文研究具有实际应用价值。     

基于风驱动算法的机会阵雷达波束图综合

针对机会阵雷达阵列分布随机性所带来的高旁瓣问题,本文基于一种新兴的群体迭代启发式风驱动优化,提出了一种具有最小阵元间距约束的直线型机会阵雷达波束形成方法.首先建立了信号模型和目标优化函数,然后将初始种群限定在去除阵元间距后的阵列孔径中,优化最大旁瓣电平.仿真表明:与传统粒子群算法和遗传算法相比,在满足最小间距的约束条件下,所提算法具有更低的旁瓣电平.     

一种线列阵反卷积波束形成高分辨算法

传统的水声阵列波束形成方法在非声源方向存在旁瓣,直接影响目标的检测精度。本文针对波束形成中旁瓣抑制问题,在常规波束形成中引入反卷积算法,提出一种基于反卷积的高方位分辨算法。将常规波束形成作为一个线性系统,由均匀线阵的波束指向性出发,利用Richardson-Lucy迭代求解点声源散射函数,以常规波束形成输出结果作为系统的输入,与声源点散射函数相卷积,抑制阵列指向性函数对输出的影响,缩窄主瓣,抑制旁瓣。在此基础上给出纯净目标辐射噪声的提取方法,归纳总结算法流程。仿真结果表明,反卷积波束形成算法能够实现多目标的调制谱分离,具有更优的多目标角度分辨力,有效提高目标检测性能。     

影响阵列波束形成的几个相关问题的研究

论文以空间域波束形成的理论和方法为依据,运用计算机仿真的方法,详细研究了直线阵的波束形成情况以及非等间距阵元、入射波角度变化、入射波频率变化、信噪比变化等因素对波束形成结果的影响。研究结果表明当入射波垂直入射时波束形成特性最好;随着信噪比的减小,阵列的波束形成性能变差。     

水下超波束形成技术性能仿真研究

基于声呐分裂波束阵列信号处理的特点,对超波束形成(hyper beam forming,HBF)的二维(2D)和三维(3D)算法进行介绍,探讨其工作特性以及影响因子。将HBF技术应用在水下阵列信号处理中,通过仿真计算分析了其分辨能力和分辨特性。研究结果表明:HBF使得主瓣束宽得到锐化,同时旁瓣级也有很大的降低,与常规波束形成技术相比,其分辨能力有较大提高,是一种有广阔应用前景的水下阵列信号处理新方法。     

基于声压振速联合处理的矢量线阵时域解析MVDR方法研究

为进一步提高矢量传感器阵列的阵处理增益,充分利用声压和振速的相干性信息,提出基于声压振速联合处理的矢量阵时域解析MVDR波束形成方法,给出了(p+v_c)v_c组合的协方差矩阵的计算方法,推导了该方法波束输出的计算公式。该方法利用声压振速的联合处理信息,将矢量阵时域解析MVDR的高分辨能力与声矢量阵的抗噪能力结合起来,通过仿真数据和海试数据比较本文算法与常规波束形成方法性能,结果表明本文方法性能更优,利于低信噪比下目标的探测。     

超波束技术在岸基光纤阵中的应用

本文针对常规波束形成在岸基光纤阵信号处理应用中的宽主瓣、高旁瓣的问题,采用基于超波束技术对常规波束输出进行加权,不但能保证波束的高分辨力,而且可保留波束输出的相位信息。该方法较常规波束输出能够提升“V”型岸基被动阵左右分辨的能力。结合仿真和实际数据处理进行了检验,并指出该方法在岸基被动阵列实际工程应用中需要注意的问题,如阵形误差等。     

超波束技术在岸基光纤阵中的应用

本文针对常规波束形成在岸基光纤阵信号处理应用中的宽主瓣、高旁瓣的问题,采用基于超波束技术对常规波束输出进行加权,不但能保证波束的高分辨力,而且可保留波束输出的相位信息。该方法较常规波束输出能够提升"V"型岸基被动阵左右分辨的能力。结合仿真和实际数据处理进行了检验,并指出该方法在岸基被动阵列实际工程应用中需要注意的问题,如阵形误差等。     

基于电抗加载的单通道五元多波束扫描天线阵设计方法研究

为解决多波束扫描天线阵中多接收通道的一致性问题,并简化多波束形成所需的复杂波束形成网络,采用电抗加载方法设计了仅需一个输出通道的五元多波束扫描天线阵。仿真结果表明,该天线阵采用MUSIC算法,能实现最多4个信号到达方向(DOA)的较精确估计。另外,对信噪比、采样点数、信号角间距对信号到达方向估计效果的影响进行了定量分析。该天线阵的设计方法与计算结果对电抗加载高频地波雷达(HFSWR)天线阵的优化设计与工程应用具有一定的指导意义。     

基于几种不同阵形阵列波束形成的相关问题研究

论文以空间域波束形成的理论方法为依据,运用计算机仿真的方法,研究了直线阵、圆阵、圆弧阵的波束形成情况。对直线阵的阵元间距的变化对直线阵的波束形成特性的影响做了详细的研究,研究结果表明当阵元间距为入射波半波长时直线阵的波束形成特性最好。