混响背景下基于波束成形的声成像技术

为了探究如何在混响场中对目标声源进行精准定位,首先模拟混响环境,构建点声源和阵列测量面,分别利用常规波束成形算法、基于正交匹配追踪的反卷积波束成形算法以及基于脉冲响应函数的自适应波束成形算法对不同频率下阵列接收到的信号进行处理,得到声成像效果图;其次在混响背景的条件下加入干扰噪声,分别利用以上3种算法对信号进行处理,通过对比分析声成像效果以及各算法的运行时间,确定基于脉冲响应函数的自适应波束成形算法的定位效果最佳。     

基于小型圆阵的AUV方向定位算法的研究

水下小型无人系统AUV在海洋探测中起着重要，实现其精准定位与打捞有利于促进海洋经济的发展。传统的具有较高定位精度的装置如长基线等不方便装载与布置，定位效率不高。本文提出一种基于小型圆阵的AUV方向定位算法，被定位的AUV搭载声源，装载在船上的定位系统，采用半径为0.125m的水听器圆阵列，阵元个数为4，水听器阵列接收的信号通过多通道前端处理电路被采集，对每个阵元接收到的信号利用希尔伯特变换相位检测方法检测出各信号的相位恢复无幅度和相位失真的信号，然后使用具有超指向性的反卷积波束形成算法实现AUV方向的准确估计。水池实验表明，小型圆阵系统的相位反卷积波束形成定位算法精度高，定位平均误差为0.233°，主瓣宽度窄，波束平均宽度3.97°。便于装载，相比MUSIC算法具有更好的定位效果。     

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。     

一种基于双曲波束形成的多波束底检测技术

基于能量的底检测技术在多波束测深系统中被广泛采用,但常规波束形成的波束宽度受到阵列孔径的限制,且旁瓣较高,造成能量泄漏,对基于幅度的海底检测技术造成一定难度,影响系统的检测性能.本文在分析双曲波束形成波束特性的基础上,将这种技术应用到基于能量的多波束底检测技术中,并通过实验数据分析,验证了在基于能量的底检测中引入双曲波束形成技术,可以在减小波束宽度的同时抑制旁瓣,从而有效提升系统检测性能.     

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.     

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。     

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。     

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.     

波束形成旁瓣效应的消除算法研究

波束形成技术可以通过非接触式的中远距离声压测量,得到机械设备噪声源位置分布及相对强度,但波束形成算法本身存在"旁瓣效应"引入的虚假声源干扰。因此,基于波叠加法提出对波束形成的改进算法,通过在波束形成定位出的噪声源位置处布置等效源,由声压匹配波叠加法和传声器阵列声压反算等效源强度,再由所得各等效源强度,根据波叠加法基本原理在重建面上进行声压重建,进而消除旁瓣效应。仿真与柴油机噪声源试验结果证明改进算法切实有效。     

一种双锥阵稳健水下目标噪声测量方法

测量水下目标辐射噪声时,为保障测量结果的准确性,并缓解浅海波导界面反射对测量结果的影响,测试方法需具有恒定束宽波束输出以及较好的空间指向性。对采用双锥阵测量系统的辐射噪声测量方法进行研究,采用二阶锥规划方法对双锥阵波束输出进行设计,结合聚焦变换提出了水平和垂直双向恒定束宽的低旁瓣稳健波束形成方法,实现了浅海波导中对水下目标宽带辐射噪声的测量。在仿真的浅海波导环境中,接收信噪比为5 dB时,测量结果相比单阵元系统以及应用常规波束形成器的测试方法有显著提升。     

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.     

基于圆柱阵通信系统的广义旁瓣对消算法

针对传统阵列天线应用场景的不足以及复杂电磁环境下干扰对通信性能的巨大影响,基于柱面共形阵列天线,本文提出一种广义旁瓣对消算法进行自适应数字波束形成。所提出算法使用多个阵元构造辅助通道,在不造成信噪比损失的情况下通过阻塞矩阵、静态权矢量和动态权矢量对干扰进行对消。所采用的广义旁瓣对消算法相对于自适应旁瓣对消算法信干噪比更高,且波束旁瓣电平在-10dB以下。实验结果表明,基于柱面阵的广义旁瓣对消算法可在保留通信信号的同时,自适应在干扰方向形成凹口,解决因存在期望通信信号而造成的干扰抑制性能下降问题。     

基于水下高速小目标末弹道测量的实孔径成像声呐波束形成研究

针对在没有水下弹道测量系统配合的水域利用实孔径成像声呐测量高速小目标末弹道应用背景,成像声呐需要低旁瓣波束形成,本文提出一种基于Dolph-Chebyshev加权的波束形成方法,给出该波束形成方法的阵列设计约束条件和权值计算方法,通过Matlab仿真实验定量分析几种常规波束形成方法的性能,证明该方法相对于其他常规圆阵波束形成方法的优势,以期供相关声呐波束形成设计参考。     

基于时空特征融合的水下目标波束形成方法

针对水下探测设备的方位分辨力在物理上受限于阵列有效孔径的约束,导致探测精度较低的问题,提出一种基于时空特征融合的水下目标波束形成算法。首先,以目标声散射回波产生机理为基础,建立走航声呐回波数据动态数学模型;其次,通过对目标声散射回波数据的时空域转换得到等效空间阵列,融合空域多快拍数据实现阵元基阵孔径的物理扩展。最后,分析干扰信混比、探测平台移动速度等对回波增强的影响。数据仿真结果表明所提方法能够有效抑制干扰,获得主瓣更窄的波束。孔径扩展后的波束形成能够准确地分辨出非常相近的目标。此外,实验结果测得探测平台运动速度大小对目标分辨的效果影响不明显。     

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.     

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。     

基于矢量阵的近场小目标定位算法研究

针对水下近场预警问题,本文提出利用任意阵型的矢量水听器阵列对近场小目标声源定位。本文首先详细推导了平面矢量阵的近场测量模型,然后介绍了矢量阵常规波束形成和MVDR算法,最后通过仿真和实验进行验证算法的性能。结果表明矢量阵MVDR具有更高的目标分辨率,RMSE随SNR的增大误差不断减小,适合于水下近场区域预警防御。     

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。     

一种抑制模糊度函数特定区域旁瓣级的波形设计方法

针对发射波形为相位编码,探测低速运动目标时存在的模糊度函数旁瓣峰值过高,容易淹没微弱目标的问题,提出了在特定区域最小化模糊度函数旁瓣级的多相编码波形设计优化算法。该算法利用低速运动目标多普勒频移很小的特点,对模糊度函数进行简化,提出了离散模糊度函数的概念,在此基础上将模糊度函数峰值附近旁瓣级的最小化转化为离散模糊度函数峰值附近旁瓣级的最小化问题,并利用循环算法进行相位编码的设计。计算机仿真结果表明,所提出的波形设计方法能够有效抑制离散模糊度函数原点附近的旁瓣级,提高探测系统对微弱低速运动目标的检测能力。