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。     

拖船噪声对拖线阵声呐DOA估计性能的影响

拖船辐射噪声是影响拖曳线列阵声呐探测性能的重要因素之一.就拖船噪声对拖曳线列阵声呐采用常规波束形成方法、最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成方法和盲源分离与MVDR波束形成融合方法时方位估计性能的影响进行了全面的仿真比较.结果表明,拖船噪声对常规波束形成方法、MVDR波束形成方法的影响非常严重,必须采取措施对其进行抑制,盲源分离与MVDR波束形成融合方法则表现出了优越的性能,一定程度上抑制了拖船噪声对拖曳线列阵声呐方位估计的影响.     

基于时域解析信号的广义MUSIC算法

波束形成是声呐信号处理的关键技术,本文提出一种新的基于宽带时域解析信号的广义MUSIC自适应波束形成算法(TAMUSIC算法)。该算法将时域解析信号与改进的MUSIC算法相结合,对精确时延之后的宽带时域信号进行希尔伯特变换生成复数形式的时域解析信号,增加权向量自由度;通过增加调节指数构建新广义噪声子空间,解决了传统MUSIC算法信源数目估计不准带来的影响,提高算法鲁棒性;最后利用信号子空间和噪声子空间的正交性估计目标方位。仿真数据和海试数据处理的结果表明:TAMUSIC算法可以获得更尖锐的谱峰,提高目标的角度分辨力,增强了弱小目标的发现能力。     

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。     

基于时域解析信号的广义MUSIC算法

波束形成是声呐信号处理的关键技术,本文提出一种新的基于宽带时域解析信号的广义MUSIC自适应波束形成算法(TAMUSIC算法).该算法将时域解析信号与改进的MUSIC算法相结合,对精确时延之后的宽带时域信号进行希尔伯特变换生成复数形式的时域解析信号,增加权向量自由度;通过增加调节指数构建新广义噪声子空间,解决了传统MUSIC算法信源数目估计不准带来的影响,提高算法鲁棒性;最后利用信号子空间和噪声子空间的正交性估计目标方位.仿真数据和海试数据处理的结果表明:TAMUSIC算法可以获得更尖锐的谱峰,提高目标的角度分辨力,增强了弱小目标的发现能力.     

基于傅里叶变换的快速TAMVDR算法

时域解析信号MVDR算法(TAMVDR)可以在一次快拍的前提下获得较好的宽带信号处理效果,是一种在阵列信号处理中具有广泛应用前景的高分辨波束形成方法,但因运算量较大制约了其工程应用。本文详细分析基于傅里叶变换的时域解析信号构造和精确时延方法,提出改进的快速TAMVDR算法,给出具体算法流程和运算量分析。海上实验结果表明,快速TAMVDR算法的处理性能与TAMVDR算法相当,其波束分辨力和检测能力均优于常规波束形成技术,其运算量仅为TAMVDR算法的1/4。     

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。     

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。     

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.     

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。     

圆台阵近场目标三维空间被动定位性能研究

针对近场水下目标被动定位问题,提出圆台阵设计构想,推导了基阵接收数据模型和近场三维声聚焦波束形成方法,通过对切割球面上聚焦点的扫描,得到目标方位角和俯仰角,再通过对不同扫描球面上最大输出功率的比较实现目标距离估计。采用最小方差无失真响应(MVDR)波束形成方法仿真分析了圆台阵阵型对水下目标三维空间被动定位性能的影响,结果表明,圆台阵越接近平面,测距性能越好,方位角分辨率越高,但是对于俯仰角较低的目标而言,圆台阵越接近圆柱状,俯仰角分辨率越高,因此,圆台阵设计时需要对俯仰角和距离估计需求综合考虑。     

基于相干信号源的修正ISM算法

介绍一种基于相干信号源的修正ISM算法(MISM)。该算法采用CBF常规波束形成算法及MVDR波束形成算法、MUSIC算法进行处理并给出公式。结合3种算法各自的优势,通过对接收数据阵进行去相关处理,突破了ISM算法只能对相干信号源进行方位估计的局限性。通过计算机仿真进行3种算法的对比分析,验证该算法的有效性。     

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。     

矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成

介绍了矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成的水下噪声源近场高分辨定位方法。该方法将MVDR高分辨方位估计方法应用于单矢量水听器与声压基阵构成的组合基阵中,利用矢量水听器的单边指向性,抑制噪声源定位中的左右模糊,并结合声压基阵MVDR算法高分辨定位优势,从而实现了水下噪声源近场高分辨定位,且可以有效抑制近场定位中的左右弦模糊,通过计算机仿真验证了算法的有效性,具有一定的工程应用价值。     

宽容自适应波束形成RCB在矢量阵上的应用

矢量水听器由声压水听器和振速水听器复合而成,可以共点同时测量声场中的声压与振速.RCB(RobustCapon Beamforming)是最近出现的一种宽容自适应波束形成算法,该算法直接对导向矢量进行估计,并用估计的导向矢量作波束形成,有效避免了导向矢量失配而导致的性能下降.通过推导秩亏情况下的RCB,将其应用到矢量阵,海上试验结果表明了该方法的有效性.     

主瓣干扰下平面阵自适应波束优化方法

在自适应波束形成中,若干扰信号从主瓣进入,往往引起副瓣增高、主瓣变形且峰值偏移,波束性能明显恶化。针对平面阵,通过构造干扰阻塞矩阵,首先对主瓣内的干扰进行相消预处理,再进行自适应波束形成,最后进行权系数补偿,消除主波束偏移。仿真结果表明,该方法能有效消除主瓣干扰和解决波束畸变问题,提高自适应波束的性能。     

改进粒子群优化算法自适应波束形成技术

本文研究了利用粒子群优化算法进行自适应方向图控制的综合方法,给出了自适应阵列处理的数学模型以及LCMV自适应波束形成器的数学表达,介绍了粒子群优化算法的基本思想和算法流程。结合粒子群优化算法和自适应方向图控制的相关知识,本文提出一种基于多虚拟干扰源的改进粒子群算法并将其应用于LCMV自适应波束形成器以提升其性能并进行自适应方向图控制。仿真结果表明,该方法可有效改善LCMV自适应波束形成方法在多重干扰情况下零陷生成效果不佳、低快拍下性能较差等缺点,改善输出信干噪比,并在加深零陷和降低旁瓣等方面效果显著。     

宽容性体积阵优化波束形成

为适应低频吊放声纳的发展,具有收扩功能的体积阵作为一种重要的水听器基阵结构形式得到了广泛的应用.体积阵的波束形成也受到越来越多的关注,一般利用自适应的方法对体积阵进行波束形成权系数设计.实际应用中由于基阵结构杂乱散射、反射的影响,阵列响应向量存在一定的误差.为保证系统的正常工作,权系数的宽容性格外重要.利用最差情况性能最优化的思想对权系数进行优化,通过实验验证了这种优化的有效性,大大提高了权系数的宽容性,改善了系统工作性能.