圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维设计

针对现有圆阵多项式结构宽带波束形成器频域设计方法在短抽头长度条件下性能严重下降的问题,提出了一种时域降维优化设计方法。首先,利用圆阵的对称性特点,理论分析了多项式结构宽带波束形成器权系数存在的对称性,继而导出圆阵多项式结构宽带波束形成器时域设计的降维形式,剔除了优化问题中近一半的冗余波束形成器权系数,有效降低了时域优化问题的维度。然后,结合交替方向乘子法进一步导出了圆阵多项式结构宽带波束形成器的时域降维优化方法。仿真结果表明,所提时域降维设计方法在短抽头条件下显著优于现有的频域设计方法,且在提升时域优化效率方面也具有明显优势。

多项式结构恒定束宽波束形成器的高效稀疏化设计

针对传声器阵列多项式结构波束形成器实现复杂度偏大的问题,提出了一种基于交替方向乘子法的多项式结构波束形成器稀疏化设计方法。该方法利用主瓣空间响应变化的优化准则以实现恒定束宽波束形成器设计,并通过将原始的高维非凸问题转化为并行求解的低维凸优化子问题,有效提高了多项式结构波束形成器的稀疏化效率。实验结果表明,与现有多项式结构波束形成器的稀疏化设计方法相比,所提方法在保持良好的设计鲁棒性的同时具备了更优的恒定束宽性能。在优化效率方面,所提方法耗时仅为现有方法的0.69%∼1.09%,并且获得了更高的抽头稀疏度。

大规模阵列Kronecker稳健波束形成器

针对大规模阵列对样本需求量大、计算复杂度高的问题,提出一种应用于大规模阵列的Kronecker自适应稳健波束形成器。首先,将期望信号导向矢量分解成两个导向矢量的Kronecker乘积,将原始导向矢量的失配问题转化为两个低维导向矢量的失配问题;然后,基于最坏情况性能最优原理建立双二次代价函数,并利用双迭代算法求解该代价函数,每次迭代过程只需求解两个低维的二阶锥规划问题。理论分析和仿真实验结果表明,与传统全维稳健算法相比,所提方法能够有效降低计算复杂度和样本需求量,与现有的降维稳健算法相比,由于具有更多自由度,所提方法具有更高的输出信干噪比。

广义多项式结构稳健宽带波束形成器优化设计

传统多项式结构宽带波束形成器的设计一般采用有限冲激响应(Finite impulse response,FIR)滤波器。本文通过使用正交基滤波器替代传统设计中的FIR滤波器,提出了一种广义多项式结构宽带波束形成器。所提多项式结构宽带波束形成器可视为传统多项式结构宽带波束形成器的推广,因而结构上更为灵活。为增强广义多项式结构宽带波束形成器的鲁棒性,进一步提出了基于平均性能优化准则的稳健优化设计方法。该方法通过粒子群算法对正交基滤波器中的极点进行优化,以利用极点所提供的自由度提高多项式结构宽带波束形成器的性能;同时通过引入阵列响应的空间导数约束,减小了由有限次多项式插值所造成的波束主瓣指向偏差。仿真结果表明,与传统多项式结构设计方法相比,所提设计方法能够获得更好的频率不变性和鲁棒性,且有效改善了波束主瓣指向的精准度,提高了多项式结构宽带波束形成器的指向性指数。

融合插值点优化的多项式结构宽带波束形成器设计方法

多项式结构设计方法是主瓣指向可调宽带波束形成器设计的一类重要方法。多项式结构的阶数是有限的,导致主瓣实际指向与期望指向之间存在偏差,因而影响了波束形成器的指向性指数。针对这一问题,该文提出了一种基于插值点优化的多项式结构宽带波束形成器设计方法。首先,引入多项式结构插值点处阵列响应的空间导数约束,以减小主瓣指向偏差;进而利用粒子群优化算法对多项式结构中的插值点进行优化,以充分利用插值点位置提供的自由度进一步提升多项式结构宽带波束形成器的性能。优化设计结果表明,与现有设计方法相比,该文提出的方法不仅降低了主瓣的指向偏差,同时也提高了指向性指数,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。

宽带波束形成器的设计与实现

综述了宽带波束形成器的没计与实现问题,归纳出一种统一的窄带(子带)波束优化设计方法——多约束优化设计法,并推广为FIR宽带波束形成器统一优化设计法。阐述了频域DFT宽带波束形成器结构及其子带波束加权向量设计方法,以及时域FIR宽带波束形成器结构及其各通道FIR滤波器的设计方法,对几种具有代表性的方法的原理与性能进行了分析与比较。所归纳出的统一设计法将很多现有的波束设计法纳入统一框架体系,使之成为它的一个特例,可以满足多样化频域子带与时域宽带波束形成器设计的需求,提供灵活的波束设计准则,且设计精度高。子带与FIR宽带多约束统一设计法的优越性能在稳健旁瓣控制恒定主瓣响应自适应波束形成器设计问题中得到了充分的体现。

基于ADMM的Farrow结构宽带波束形成器鲁棒设计

针对经典滤波求和结构波束形成方法在目标声源位置变化且存在失配误差的实际场景中不适用的问题提出了Farrow结构波束形成器模型,并通过对白噪声增益进行约束实现了鲁棒设计。为进一步改进Farrow结构宽带波束形成器鲁棒设计规模大、耗时高的不足,提出采用交替方向乘子法进行迭代优化求解。仿真结果表明,所提设计方法能够实现指向实时可调并具备一定的抗干扰能力,相较于使用传统的CVX工具箱求解,该方法可以在保证良好空域滤波效果的同时有效提高运算效率。

浅海声场中拖曳线列阵常规波束形成器对本舰噪声的接收响应

以浅海声场模型为基础,通过计算机仿真,研究了拖曳线列阵对本舰噪声的接收响应,对接收本舰噪声的最大阵输出偏离指向本舰的端射方向这一现象给出了合理的解释。这一结果对于拖曳线列阵抑制本舰噪声的研究,以及在浅海环境的正确应用,具有重要意义。

宽带波束形成器的自适应综合

提出一种具有频率不变波束图的宽带基阵设计方法。该方法只需给出参考波束图,无须推导权矢量的表达式,便可由计算机自动完成整个设计任务。其设计过程分为3步:(1)用数值计算的方法计算参考频率下的基阵权矢量。(2)利用自适应模拟法得到其它频率处的基阵权矢量。(3)以各频点处的基阵权矢量作为FIR滤波器的频率响应指标设计FIR滤波器。该方法可应用于任意阵型的阵列,且对各阵元的指向性也没有任何限制,因此本文方法具有重要的工程应用价值。

采用可调波束形成器的GSC麦克风阵列语音增强方法

基于广义旁瓣抵消器(generalized sidelobe canceller,GSC)算法的麦克风阵列语音增强技术已得到广泛研究,但由于其通常需传统的声源定位方法提供声源方位,语音信号信噪比(SNR)低时声源定位精度将明显下降并影响到语音增强效果.提出了一种新的麦克风阵列语音增强方法,该方法在GSC中引入可调波束形成器估计声源方位以抑制背景噪声影响.不同类型背景噪声下的实验室语音增强结果表明了该方法的有效性.

雷达数字波束形成器的研究与实现

介绍了一个自适应数字波束形成器的原理、组成和实现方法 ,给出了实验结果 ,验证了一些关键技术 ,表明数字波束形成 (DBF)技术可提高雷达天线性能。

空间重采样法恒定束宽波束形成器设计

本文视均匀线列阵为连续线阵的均匀离散采样，将宽带方位估计中的空间重采样思想用到恒定束宽波束形成器设计中，并从滤波器设计的观点出发，将阵元权系数等效为空间滤波器的脉冲响应，提出用恢复公式计算不同频率所对应的阵元权系数，从而利用频域波束形成的方法完成恒定束宽波束形成器设计。

数字波束形成器的FPGA实现

数字波束形成技术是天线波束形成原理与数字信号处理技术相结合的产物 ,其广泛应用于阵列信号处理领域 。

一种稳健的自适应波束形成器

当信号噪声比超过一定的门限时,线性约束自适应波束形成器对天线的幅相误差有很高的敏感度,即使在误差很小的情况下,期望信号也会如同干扰一样被抑制掉。该文通过对广义旁瓣相消器的阻塞矩阵加以改进,提出了一种对阵列天线误差有良好稳健性的自适应波束形成器。该方法基于广义旁瓣相消器结构,可方便地进行部分自适应,降低运算量。

宽带恒定束宽波束形成器的设计与实现

本文提出了一种设计宽带恒定束宽波束形成器的方法．这对应用于海底探测和分类问题的声纳系统来说是十分重要的．对于给定频带宽度的信号，选择一定数量的频率点来表达其频率响应．对于一个给定的频点，可以通过现有方法导出满足恒定束宽要求的加权矢量，例如对于一个线列阵，可用切比雪夫多项式得到其加权矢量．因此对于一个具有Ｎ个阵元的宽带阵，如果选择Ｍ个频率点，可以得到一个Ｎ·Ｍ的加权矩阵．这个矩阵的每一行代表一个阵元的频率响应，而这个频率响应可以由采用模型参考自适应方法设计的ＦＩＲ滤波器来实现．这样一组Ｎ个ＦＩＲ滤波器的输出之和就是波束形成的输出，它可以很方便地通过ＤＳＰ硬件来实现．本文给出了一个使用这种方法设计的例子，结果是令人满意的。

一种有效的MVDR波束形成器

本文介绍了一种通过构造增广数据矩阵并对其进行奇异值分解的修正 ＭＶＤＲ 波束形成器．在快拍次数有限时，该方法能提高零点的精度和加深零点的深度，使干扰更加有效地得到抑制．文中详细给出了这种方法的工作原理并从理论上分析了其可行性，最后用计算机仿真实验验证了这种方法的有效性．

基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器研究与实现

提出了一种基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器,主要包括实现整数倍采样间隔延迟的数字延时单元、基于Farrow结构的高精度分数延时单元以及保证恒定束宽的幅度加权单元;理论分析了该波束形成器的原理,特点和优势;利用计算机仿真验证了该波束形成器的有效性和优越性;在C6748 DSP平台上的移植实现展示了该恒定束宽波束形成器的实现效率及实用性。

恒定束宽波束形成器的设计和仿真研究

宽带恒定束宽波束形成器是基阵信号处理中的难点。本文提出一种基于均匀一致性旁瓣级的设计方法,在求出宽带信号实现恒定束宽所须的频率响应后,通过一组FIR滤波器来拟合该频率响应。该方法不仅能用于一般的等间隔直线阵,而且当阵元存在指向性且位置不精确时,也能较好地实现恒定束宽。计算机仿真表明了该方法的可行性。

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 量大并难以实时实现，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。文章提出来 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。

基于特征空间的线性约束最小方差波束形成器

该文把线性约束和特征空间技术相结合,提出了基于特征空间的线性约束最小方差波束形成器(ELCMVB),该波束形成器是把线性约束最小方差波束形成器(LCMVB)的预定约束方向导向矢量向信号子空间投影,再结合线性约束用LCMVB来得到权矢量。经分析表明,ELCMVB的性能优于GEIB的性能。与GEIB相比,ELCMVB不用计算修改的信号子空间,避免了因计算修改信号子空间而容易造成的计算不稳定性,且其波束形成性能基本上不受零点约束位置的影响。最后,给出了计算机仿真结果,并证实了ELCMVB的优越性。