基于DSP的波束形成算法并行实现方法研究

分别以延时求和波束形成和频域相移波束形成为例,讨论了基于DSP系统的不同波束形成方法下任务的并行划分,并在基于TMS320C6416的分布式硬件处理板上对两种方法进行了仿真和实现,对其性能进行了分析和比较。     

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。     

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。     

一种高可靠分辨波束形成算法的应用研究

在水声信号处理中,高可靠、高分辨的DOA(Direction of Arrival)估计技术是后续信号处理的基础。论文采用一种新的波束形成算法FB(Functional Beamforming)实现DOA估计,算法对数据协方差矩阵进行特征值分解指数重构,波束图具有旁瓣低、主瓣窄的优点,并且算法过程不涉及矩阵求逆运算,具有较高的稳健性,可实现对目标的高可靠分辨。     

基于波束形成的海上智能天线算法

远距离海上雷达探测由于海上环境的复杂性容易受到杂波干扰,常用的最小均方算法通过在干扰噪声中形成主波束并引导至目标信号,有效解决了杂波干扰问题。通过对自适应智能天线波束形成技术的海上应用进行研究,给出了常用的天线阵列结构模型和信号模型,研究了智能天线中的自适应波束成型算法,目前在这一领域的解决方案中最小均方算法最为常见,但其存在收敛速度差、通用性低等问题。本文将优化遗传算法引入,对传统遗传算法中初始种群规划和交叉操作进行了优化和改进。仿真实验表明,与最小均方算法、传统遗传算法相比,优化遗传算法对杂波的抑制效果提高了28%,收敛速度提升了3倍,具有良好发展前景。     

一种基于IMMKF的相控阵雷达波束调度算法

针对相控阵雷达多目标跟踪环境,提出了一种基于I MMKF（Interacting Multiple Model Kal man Filter）的自适应波束调度算法。建立了相控阵雷达波束调度的最优化模型,该模型能够利用机动目标跟踪时协方差控制的思想来调度相控阵雷达的工作模式。分别给出了基于协方差偏差均值最小准则和最大协方差偏差最小准则两类自适应波束调度算法。仿真结果验证了算法的有效性。     

多波束宽带恒定束宽波束形成器的DSP实现

波束形成是声纳、雷达信号处理中的重要环节。由于高性能的宽带波束形成算法运算量大交难以实时实现,因此开发研制高速度、高精度、高性能的波束形成器、就很必要。文章提出采用ＴＭＳ３２０Ｆ２０６及ＩＭＳＡ１００为主要芯片,构成多波束宽恒定束宽波束形成器,可实现实时、高速、高性能的多波束宽带恒定束宽波束形成,并给出了具体设计方案。水池实验结果,表明本文的系统设计方案正确、可靠。     

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).     

基于GPU的MVDR波束形成算法并行实现方法

针对MVDR波束形成算法的高效GPU并行实现问题,在探讨了MVDR算法原理、数值算法及计算热点的基础上,结合GPU体系架构和CUDA程序设计,对MVDR算法中计算量最大的方位谱求解等部分进行CUDA并行化设计与实现,给出了并行算法的任务线程划分、存储映射策略,设计实现了GPU与CPU协同计算.并将GPU-MVDR并行程...     

单认知用户的波束形成算法

论文研究了适用于单认知用户网络的波束形成算法。在确保授权用户能够正常通信的前提下,最大化认知用户的信干噪比,使二者能够在同一频率正常通信而不互相干扰。通过建立模型及公式推导将优化问题转换为无约束非线性优化问题。定量分析了不同发射功率下授权用户和认知用户的信干噪比分布情况,并与传统的波束形成算法进行了比较。仿真结果表明,在单认知用户的网络模型中,所提算法能够有效地保证授权用户和认知用户的通信质量。     

一种基于FFT的GPS信号快速捕获算法

在与传统的时域串行搜索捕获算法比较的基础之上,分析了利用FFT实现C/A码初始相位和载波多普勒频移快速捕获的频域圆周相关算法模型.并对该算法进行了仿真验证,成功地解算出C/A码初始相位和载波多普勒频移.实验证明圆周相关算法可实现GPS信号的快速捕获,是一种适合于GPS软件接收机工程实现的算法.     

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.     

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。     

基于数字波束形成技术的空间干扰抑制算法研究

对基于数字波束形成技术的智能天线接收系统中的空间干扰抑制算法进行研究,实现天线系统的最佳接收。运用多重信号分类（MUSIC）算法检测信号和干扰方向,并利用改进的线性最小方差准则算法调整权系数,使接收系统实时跟踪信号和干扰的空间方向,并能进一步加宽波束的干扰零陷,提高系统的空间干扰抑制能力。     

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。     

基于SαS分布的水声信号自适应波束形成算法

提出一种水声噪声环境中的自适应波束形成算法。该算法在假设水声信号服从对称α稳定分布(SαS)的前提下,定义零阶阵列响应,根据最小方差无畸变响应波束形成器(MVDR)提出零阶最小方差无畸变响应波束形成器(ZMVDR)。实际水声试验信号数据分析证明了提出的ZMDVR在不需要特征指数α的先验条件下,性能与分数低阶最小方差无畸变响应波束形成器(FrMVDR)相当,并优于MVDR波束形成器。     

一种基于DSP的实时图像处理仿真技术

海面运动舰船目标的定位检测是军事图像处理领域的一个重要方向,同时海面对光线的折射放射对检测的准确性造成了干扰。本文重点对目标检测法进行研究,分析了算法利弊。为解决目标检测算法对于目标背景的敏感度问题,以及提高算法的实时性,把小波变换运用到目标运动检测中,通过小波变换更新图像背景框图,使实时图像在可变模板背景进行运动物的提取。最后,设计基于DSP的仿真系统,通过实验证明新的方法能较好解决因背景更新以及目标物变形造成的检测误差,提高检测精度。     

一种提高分裂阵频域波束形成测向分辨力的方法

为了提高声呐系统对目标方位的分辨能力,本文提出一种分裂阵频域波束形成方法,即超波束互谱测向法。通过将超波束方法得到的方位谱加权到互谱方法得到的波束形成结果上,从而得到最终的波束输出结果。超波束互谱测向方法的优点是既能够降低主瓣宽度,抑制旁瓣,提高测向分辨力;又能够保留相位信息,为后续谱分析应用提供参考。实验室水池测试结果表明,利用阵元间距为0.016 m的16元均匀直线阵,对于37.5 kHz的声信号,采用超波束互谱方法进行波束形成与单纯采用互谱方法进行波束形成相比较,在0°和60°方位上的波束主瓣宽度分别减小了3.8°和6.9°,旁瓣幅度降低超过30 dB,测向分辨力得到明显提高,从而验证采用超波束互谱测向方法提高测向分辨力的可行性和有效性。