基于期望响应内插技术的宽带波束优化设计

在以往窄带波束优化设计研究工作的基础上,提出了一种基于期望响应内插技术的宽带波束优化设计方法,目的在于避免宽带问题中由于频带划分过细带来的过重的设计负担,并使之可应用于稳健波束优化设计当中。该方法首先在设计频段内选取几个频率点,在每个频率点上设计得到相应的窄带波束优化权系数,并且根据每个阵元在不同频率点上的权系数构造一个宽带期望响应函数;然后用基于期望响应内插的FIR滤波器设计方法设计合适的FIR滤波器组,以使整个频段上的宽带波束优化得以实现。采用这种方法可以避免宽带波束优化设计中繁重的设计负担,并且在对实际声呐基阵进行宽带波束优化设计时只需少数几个频率点的测量值即可获得好的效果。仿真设计结果和实验研究表明了本文方法的有效性。

近场波束形成的约束最小平方和法

文章研究了近场情况下的波束形成问题。对于任意结构阵列,提出了近场波束形成的一种约束最小平方和法,用近场信号模型来设计近场波束。该方法借助于优化工具箱,在对波束旁瓣施加约束的条件下,使波束主瓣的误差平方和最小。该方法在主瓣区域和旁瓣区域都能得到满足设计要求的波束性能,可以方便地控制期望响应,简单易行。基于32元均匀离散圆阵的仿真设计结果表明了文中方法的有效性。

一种改进的非均匀线列阵宽带波束形成方法

研究无线网络宽带信道优化问题,关于非均匀线列阵可以使用较少的阵元避免栅瓣的出现,针对非均匀线列阵的宽带波束形成问题。采用非均匀线列阵进行宽带波束形成方式,为了使非均匀线列阵在无失真接收信号的同时更好地抑制噪声,需要设计低旁瓣的宽带恒定束宽波束;利用渐近理论宽带非均匀线列阵的设计方法和优化方法相结合,提出了一种改进的宽带非均匀线列阵的设计方法,并给出了一个设计实例。仿真结果表明,方法可以在使用较少阵元数的情况下避免栅瓣的出现,同时得到低旁瓣的宽带恒定束宽波束,更好地满足波束性能要求,提高了宽带性能。

宽带波束形成中近场补偿的实验研究

当信号源位于基阵的近场区域内时,采用近场补偿可以降低由远场假设设计波束形成器带来的性能损失。文中对用于远程电信会议系统中的近场补偿方法进行了误差分析,并将其应用于水下声纳基阵系统中。误差分析表明,对于大阵元数的阵采用近场补偿能够得到高精度的期望响应。结合32元均匀线列阵的湖上实验研究了近场对宽带波束形成器性能的影响,以及近场补偿方法对宽带波束性能的改善效果。结果表明,对测量数据进行近场补偿能够克服由近场影响引起的宽带波束的畸变,得到期望的宽带波束性能。由于近场补偿的简单可行性,文中的研究有助于推动近场补偿方法在实际声纳系统中的应用,为水下基阵选择近场宽带波束形成方法提供一定的依据。

水下声接收基阵多波束形成的实验研究

波束形成系统是声纳的核心部件之一, 是声纳具有良好的战术技术性能的基础。波束形成中的一个重要问题是波束图的优化设计。在实际应用中, 采用理想阵列流形设计波束往往会引起实际波束的性能下降。本文结合实际水下声接收系统, 深入研究了声纳基阵的多波束优化设计问题。文中由测量数据得到实测阵列流形, 进而利用此实测阵列流形进行波束图的优化设计。仿真结果表明了这种方法的有效性。

采用约束最小平方和法实现近场波束形成(英文)

本文研究了近场情况下的波束形成问题。对于任意结构阵列,提出了实现近场波束形成的一种约束最小平方和法,由近场信号模型来设计近场波束。该方法在对波束旁瓣施加约束的条件下,使波束主瓣的误差平方和最小,可借助于优化工具箱实现。该方法在主瓣区域和旁瓣区域都能得到满足设计要求的波束性能,不仅可以方便地控制期望响应,而且简单易行。基于32元均匀离散圆阵的仿真设计结果表明了本文方法的有效性。

一种加权稀疏约束稳健Capon波束形成方法

为了克服标准Capon波束形成器旁瓣级高以及存在角度失配时性能急剧下降等缺点,在稀疏约束Capon波束形成器的基础上,提出了一种加权稀疏约束Capon波束形成器.该方法利用波束响应的稀疏分布特性,在标准Capon波束形成优化模型中加入旁瓣区域波束响应稀疏约束(?1范数约束),使旁瓣区域波束响应向量中非零元素的个数最小化;通过阵列采样数据协方差矩阵特征分解得到信号子空间及噪声子空间,利用信号子空间与噪声子空间的正交特性,构造加权矩阵对稀疏约束进行加权,使得稀疏重构时波束响应向量中不同角度对应的元素得到不同程度的约束.该方法有效地抑制了Capon波束形成器的高旁瓣级,加深了干扰方位零陷,提高了阵列输出信干噪比.由于稀疏约束,波束响应向主瓣集中,期望信号方向附近的波束响应都较大,从而也提高了阵列抗导向矢量角度失配的能力.数值仿真和水池实验验证了所提方法的有效性.

典型舰船辐射噪声的时域模拟

给出了一种能够模拟具有指定功率谱特征的舰船辐射噪声的方法。此方法让白噪声通过具有特定响应的FIR 滤波器来模拟舰船辐射噪声中的连续谱成分。FIR滤波器的设计采用自适应方法,克服了原有方法的数值稳定性问题,而且在设计中可以通过改变期望响应方便地改变滤波器的幅频响应,以模拟具有指定功率谱特征的舰船辐射噪声,从而使这种设计具有更大的灵活性和实用性。

水下小体积阵的二维宽带目标被动定位

传统的宽带聚焦波达方向估计算法需要预估方位信息,不准确的前期预估将使最终估计结果出现较大误差。研究了一种基于无噪相关矩阵的二维宽带聚焦算法,利用各频点的频域无噪相关矩阵构造聚焦矩阵,不需要进行前期预估,避免了前期预估对最终估计结果的影响,且适用于任意结构阵列。该算法计算复杂度低,分辨率高,估计误差小。当基阵布放的深度已知时,可实现目标定位。基于9元体积阵的目标被动定位,对该算法进行了验证。