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。     

基于SOCP理论的子阵级干扰多波束形成方法

大型阵列天线包含成百上千个阵元,如果仍然采用基于阵元级的数字波束形成(DBF),则需要对每一个阵元进行加权处理,会导致系统复杂度很高。若将阵列中相邻的若干个阵元划分为单个子阵,然后对每个子阵进行数字波束形成,系统的复杂度将大大降低。同时针对现有方法难以形成多频点、多方向的同时干扰多波束形成等缺点,论文提出了一种基于二阶锥规划(SOCP)理论的子阵级数字多波束干扰形成方法,仿真结果表明该方法在子阵级可以较好地解决相应约束条件下同时多波束干扰优化设计问题。     

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。     

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.     

脉冲声纳内部的小型扫描装置

本发明提供了对声纳进行改进的一种方法。这种改进包括一个由N个监听换能器阵元组成的直线基阵，每个监听阵元能够接收一个声信号，并能输出一个与这对应的电信号。提供一种多元波束形成器。每个波束形成器具有一个输入、输出装置，其输入接收来自每个监听阵元的输出。在监听阵元和波束形成器之间接有开关装置，使监听陈元的输出在两种方式之间交替接通到每个波束形成器，一种方式是按预定顺序，另一种方式是与预定顺序相反。这种结构所需的波束形成器比一般结构少一倍，从而大大地减小了扫描声纳的大小和重量。     

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。     

基于少快拍条件均匀圆阵波束域MVDR方法

针对在低信噪比条件下,均匀圆阵MVDR性能退化严重的问题,以及波束形成阵元数接近波束数时少快拍波束形成鲁棒性差的问题,提出均匀圆阵波束域MVDR算法:1)通过波束域MVDR提高波束形成的目标分辨率;2)采用对角加载技术提高波束域MVDR波束形成的鲁棒性,实现了在少快拍条件下强鲁棒性的均匀圆阵BMVDR,并通过仿真实验验证。     

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。     

矢量圆阵时域解析MVDR算法研究

为提高矢量圆阵的方位估计性能,将VTAMVDR(MVDR based on Time-domain Aanalysis signals of Vector Sensor)应用在矢量圆阵中,提出矢量圆阵时域解析MVDR算法,研究了矢量圆阵时域解析MVDR算法的原理及实现流程,然后通过仿真分析对比矢量圆阵时域解析MVDR算法与矢量圆阵常规波束形成的波束宽度、方位估计性能和分辨率。仿真结果表明,矢量圆阵时域解析MVDR算法方位估计性能和多目标分辨能力优于常规波束形成算法。     

矢量圆阵时域解析MVDR算法研究

为提高矢量圆阵的方位估计性能,将VTAMVDR(MVDR based on Time-domain Aanalysis signals of Vector Sensor)应用在矢量圆阵中,提出矢量圆阵时域解析MVDR算法,研究了矢量圆阵时域解析MVDR算法的原理及实现流程,然后通过仿真分析对比矢量圆阵时域解析MVDR算法与矢量圆阵常规波束形成的波束宽度、方位估计性能和分辨率.仿真结果表明,矢量圆阵时域解析MVDR算法方位估计性能和多目标分辨能力优于常规波束形成算法.     

判断声纳接收基阵工作状态的新方法

声纳的接收基阵通常由多个换能器单元按一定的排列组成,当换能器损坏数量、程度达到一定量时,对声纳的接收指向性会产生较大影响,需要更换换能器单元.通过确立换能器绝缘电阻、工作频率及其在波束形成中加权系数三者间的数学关系,把换能器状态参数与阵指向性关联起来;明确了判定波束指向性是否还满足要求的技术指标,提出了基于测量波束和标准波束的技术指标比较来判断阵指向性是否满足要求的方法.     

等效阵长对声压线阵声呐空间增益的影响分析

为了研究声压线阵声呐空间增益的影响因素,就同等阵元个数情况下线阵声呐等效阵长与波束形成结果的关系进行仿真分析。首先,建立了直线阵、圆阵、半圆阵和太极阵的声压线阵声呐模型,定义了线阵声呐等效阵长的数学表达式,对线阵声呐等效阵长的进行了对比分析。其次,引入"–3d B波束宽度"概念,通过蒙特卡罗试验,得出了线阵声呐等效阵长与"–3d B波束宽度"之间的反比关系。最后,对多目标情况下的波束形成仿真结果进行对比分析,验证了等效阵长对线阵声呐空间增益的影响关系。     

等效阵长对声压线阵声呐空间增益的影响分析

为了研究声压线阵声呐空间增益的影响因素,就同等阵元个数情况下线阵声呐等效阵长与波束形成结果的关系进行仿真分析.首先,建立了直线阵、圆阵、半圆阵和太极阵的声压线阵声呐模型,定义了线阵声呐等效阵长的数学表达式,对线阵声呐等效阵长的进行了对比分析.其次,引入"–3dB波束宽度"概念,通过蒙特卡罗试验,得出了线阵声呐等效阵长与"–3dB波束宽度"之间的反比关系.最后,对多目标情况下的波束形成仿真结果进行对比分析,验证了等效阵长对线阵声呐空间增益的影响关系.     

矢量水听器阵处理技术研究

矢量阵处理技术是矢量水听器应用于声呐装备的关键，本文给出了矢量阵波束形成和测向方法，通过试验验证了这种方法的有效性。     

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.     

基于插值虚拟阵元的均匀线列阵近场恒定束宽设计

对均匀线列阵的远场波束和近场波束进行了比较,得出两者存在一定的差异。直接将专门的针对均匀线列阵远场恒定束宽方法应用于近场,在某些情况下,不能达到恒定束宽。本文对近场波束进行修正后,近似跟远场波束相同,从而将改变阵元数目的均匀线列阵恒定束宽方法推广到近场中,并利用插值虚拟阵元的方法提高了恒定束宽的效果。     

分裂阵宽带相关检测在圆阵中应用

宽带能量检测作为一种非相关检测方法广泛应用于被动声呐中,但是在复杂环境下其检测性能迅速降低.为了实现分裂阵半波束在圆阵中的应用,本文通过对圆阵的半波束相位差推导和仿真,将分裂阵半波束应用于圆阵的宽带信号检测中,给出一种应用于圆阵的分裂阵宽带相关检测方法.该方法能有效地改善目标方位分辨率,提高被动声呐的宽带检测性能.仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性,易于工程应用.     

分裂阵宽带相关检测在圆阵中应用

宽带能量检测作为一种非相关检测方法广泛应用于被动声呐中,但是在复杂环境下其检测性能迅速降低。为了实现分裂阵半波束在圆阵中的应用,本文通过对圆阵的半波束相位差推导和仿真,将分裂阵半波束应用于圆阵的宽带信号检测中,给出一种应用于圆阵的分裂阵宽带相关检测方法。该方法能有效地改善目标方位分辨率,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性,易于工程应用。     

基于舷侧阵的MVDR波束形成算法研究

针对鱼雷舷侧阵的方位估计,研究了阵元域MVDR波束形成算法,此算法较常规波束形成算法在分辨能力上已有了很大的提高,但阵元域MVDR是对阵元域的信号直接处理,计算量较大,在低信噪比时分辨能力下降,限制了其在声纳系统上的应用.文章提出的波束域MVDR(BMVDR)波束形成算法就是为了克服阵元域MVDR的缺点.通过理论分析及计算机仿真,表明BMVDR算法的性能优于MVDR与常规波束形成(CBF).