基于零点约束的宽带时域波束形成器设计

针对强干扰环境中弱目标信号检测,通道幅相误差制约宽带阵列干扰抑制能力问题,基于分步设计思想提出一种零点约束宽带时域波束形成器设计方法。通过在强干扰方位区间设置零点约束条件并结合阵列通道误差校正构建通道期望频率响应,采用任意幅相响应FIR滤波器实现宽带时域波束设计,数值仿真分析零点约束算法对通道幅相误差敏感引起干扰抑制和目标检测性能下降,该设计方法可有效补偿误差保证零点约束性能提升目标检测能力,仿真结果验证了设计方法的有效性。

时域波束形成在超宽带穿墙成像雷达中的应用

超宽带穿墙成像雷达作为一种能够隔墙探测和定位的新型雷达系统,在很多领域得到应用。该文提出利用时域波束形成对穿墙雷达进行成像的方法。电磁波穿墙传播时产生速度变化、衰减和折射等现象。该文在电磁波穿墙传播的折射模型上用解析的方法计算电磁波的传播时间,在时域波束形成成像算法中考虑了墙体对电磁波的影响,并用FDTD模拟对成像方法进行验证。最后定性分析了墙体厚度、介电常数估计误差对成像的影响。

UWB脉冲信号的时域波束形成方法

分析了超宽带(UltraWideband)脉冲信号阵列空时处理的一般原理,比较了它和传统正弦阵列的差别,给出了一种高精度的时域波束形成方法。精确的可变时延电路实现是时域波束形成的主要问题,采用数字延迟线和FIR延迟补偿滤波器相结合的办法实现UWB信号波束形成的数字化处理。设计了因果稳定的高精度的具有分数时延补偿特性的FIR滤波器,解决了UWB信号在小样本采样时时间量化对波束形成器性能影响的问题。相对于频域处理,在有效提高阵列方向图性能同时具有设计简单,运算量小等优点。

全设计频段束宽恒定的低旁瓣时域波束形成

为了在空域无失真地接收宽带信号和有效地抑制环境干扰,提出了全设计频段束宽恒定的低旁瓣时域波束形成方法。首先,把宽带信号分为几个子带,应用半定规划的优化方法设计这些子带中心频率上的加权,使所形成的波束主瓣与设计带宽中最低频率上的波束相同,同时约束其具有低旁瓣特征。然后,设计FIR滤波器拟合这些离散频率点上恒定束宽加权所表示的幅相加权。显然,设计得到的FIR滤波器的幅相响应给出了全设计频段上的幅相加权。最后应用该方法,针对阵元具有方向性的12元均匀离散圆弧阵,设计覆盖一个倍频程的低旁瓣时域恒定束宽波束形成器,并使用线性调频信号作为测试信号,验证了所提方法的有效性。

基于分组时延预处理的时域波束形成方法

对于不等强度多目标情况下的弱目标检测问题,依据波束形成归一化指向性函数在目标方向上输出值为1、在非目标方向上输出值为小于1的特性,提出一种基于分组时延预处理的时域波束形成方法。该方法首先对线列阵接收数据进行分组处理;然后,按搜索角度对各组数据进行时延预处理,并对各组预处理结果进行相加,得到一组新数据;最后,对该组新数据按时域波束形成进行处理,得到该搜索角度对应波束值。理论推导、数值仿真和试验数据处理结果均表明:相比常规时域波束形成,该方法所得波束形成指向性函数发生了变化,旁瓣级得到了13dB以上的改善,降低了强目标旁瓣级对弱目标检测的影响。

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。

大孔径宽带数字阵列时域波束形成方法

对线性调频信号进行拉伸处理已成功应用于宽带数字阵列雷达接收波束形成,但在大阵列孔径条件下,实现任意宽带雷达信号的收发数字波束形成目前仍是难点。文中根据宽带数字阵列雷达的特点和当今数字信号处理器件的发展,通过分析阵列处理误差,综合考虑工程实现复杂度和方法性能,给出了两种基于数字移相与数字延时的时域宽带数字波束形成方法。上述两种方法具有较好的工程可行性,且能够有效克服孔径效应实现任意宽带脉冲信号的收发数字波束形成。通过计算机仿真验证了方法的有效性,并讨论了对方法性能有重要影响的一些因素。

基于时延估计的双子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,进而降低了目标方位分辨率和阵处理的增益。在无法进行阵形估计时,基于时延估计的双子阵时域波束形成技术将大孔径拖曳线阵分为左右两个子阵分别做波束形成,通过加权广义相关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两个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,基于时延估计的双子阵的时域波束形成技术有效提高了目标方位分辨率和阵处理的增益。

时域波束形成在早期乳腺癌微波进场成像中的应用

提出时域波束形成算法模型,将其应用于早期乳腺癌微波近场成像方法中,并采用计算机进行仿真,取得较好的效果。该模型为其后采用DSP或FPGA具体实现提供方案可行性验证。

超宽带阵列天线时域波束形成优化设计

结合超宽带脉冲信号的特点,选择了高斯脉冲波型,分析天线对称结构存在目标位置冗余信息,提出非轴对称的交叉螺旋布阵优化设计,降低了时域波束形成中点扩展函数的旁瓣水平,进而抑制穿墙成像中的虚假像。

一种时域波束形成系统的工程实现方法

相对于频域波束形成造成的帧间相位不连续,时域波束形成可对阵列输入信号进行精确时延从而得到相位连续的波束。设计了一种时域波束形成系统的工程实现方法。该方法将通道校正和波束形成分开,采用可变分数真延迟滤波器设计方法在线生成通道校正系数和波束权值;采用基于多项滤波和分布式算法实现的FIR滤波器结构,解决了高采样率信号对实时滤波器的要求。与基于乘法器实现的时域波束形成系统相比,该系统不使用乘法器,对FPGA逻辑的消耗也有明显降低,系统可根据资源灵活配置波束数目。

时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法

针对频域最小方差无失真响应(MVDR)方法在源方位快速变化情况下稳定性差的问题,提出了一种基于时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法TAMVDR(Time-domain Aanlysis MVDR)。在构造时域解析信号的基础上,TAMVDR通过对每一路时域解析信号引入复权,利用期望方向的输出响应不变的约束使阵列输出功率最小。在一次快拍条件下,TAMVDR即可获得最优解。仿真及试验数据处理结果表明,在目标方位快速变化条件下,TAMVDR的信号检测和方位分辨性能明显优于频域MVDR方法,且计算量较小。

时域宽带恒定束宽波束形成器的优化设计

为了使用较低阶次的FIR滤波器组实现高精度的时域恒定束宽波束形成器,本文提出了一种优化设计方法。此方法使用了数字延迟线和FIR滤波器组相结合的宽带波束形成器结构。在FIR滤波器组的设计中,使用半定规划的优化方法,使设计波束的主瓣逼近期望波束,同时使用矩阵不等式约束旁瓣高度。在建立最优化问题时考虑了设计频段上的所有频率点,因此可以得到全设计频段上束宽恒定的波束形成器。应用本文的方法,针对8元均匀离散圆弧阵设计时域恒定束宽波束形成器,并与已有方法的设计结果进行了比较,验证了此方法的正确性和有效性。

OFDM系统中的时域和频域波束形成方法比较

为了进一步提高正交频分复用(OFDM)系统的传输质量,讨论了自适应阵列技术在OFDM系统中的应用,包括时域波束形成和频域波束形成两种方法,并基于Matlab仿真工具,给出了两种方法的误码率(BER)随信噪比(SNR)变化的仿真结果。理论分析与仿真结果表明:频域实现方法在BER性能方面优于时域实现方法,而时域实现方法在计算复杂度方面优于频域实现方法。

单Chirp脉冲时域自适应波束形成和参数估计

将最小方差无畸变响应(minimum variance distortionless response,MVDR)自适应波束形成方法拓展到一类非平稳脉冲信号,利用时域MVDR(time-domain MVDR,TMVDR)实现了单Chirp脉冲信号的自适应波束形成,即CTMVDR(TMVDR on single Chirp pulse signal,CTMVDR)。CTMVDR可估计具有常数幅值的未知Chirp脉冲信号的波达方向(direction of arrival,DOA)、信号功率和时间波形。理论分析结果表明,稳定估计自适应权向量的条件是稳定估计Chirp脉冲时间序列的自相关。数值仿真和海上实验结果表明,在采样频率不大于10倍Nyquist频率条件下,只需少于1 024个采样点,即可获得稳定的自适应权向量估计;和常规波束形成对比,CTMVDR有更好的波束响应、DOA估计、阵处理增益和Chirp脉冲信号的时间波形估计性能。

基于小数时延滤波器的时域宽带波束形成实现研究

首先采用最小二乘法设计小数时延FIR滤波器,以此为原型设计可变小数时延滤波器用来精确控制阵元间的相对时延,然后以Farrow结构实现可变时延控制,用以控制波束指向。仿真验证了该方法的有效性。因无需存储大量波束加权系数,节省了存储空间,还可方便移植于FPGA或DSP处理器,易于工程实现。

嵌套阵恒定束宽宽带波束形成技术研究

针对宽频带水声传感器阵列的指向性接收问题,分析了目前常见的几种实现方法的优缺点。在此基础之上,针对运算量和带宽指标等方面进行重点优化设计,提出了一种嵌套阵时域恒定束宽宽带波束形成方法,实现了3个倍频程带宽内的水声通信信号接收。经过9元嵌套线阵的仿真验证,其处理速度、接收信号畸变都满足设计和使用需求。

模块化嵌入式波束形成器的实现

介绍了一种嵌入式波束形成器硬件模块的实现方法。以TMS320C6201作为嵌入式波束形成器的硬件实现平台,讨论了时域嵌入式波束形成器的结构、算法并结合TMS320C6201的硬件条件优化数据搬移流程处理等问题,给出波束形成器的TMS320C6201EVM仿真结果。

基于时域波束信号高阶谱的目标检测技术

为解决常规时域波束形成技术抗噪声能力弱、对弱目标检测能力差的问题,利用高斯噪声的高阶累积量(三阶及三阶以上)为零、非高斯信号的高阶累积量不为零这一性质,对常规时域波束形成后输出的波束信号进行后置处理。首先,对常规时域波束形成后输出的各预成波束信号,分别求其四阶累积量切片谱值;然后,再对各四阶累积量切片谱值分别进行能量累加,得到空间谱图;最后,通过对空间谱在时间上的累积,得到方位历程图。用仿真和海试数据对算法进行了验证:在低信噪比情况下,常规算法不能有效检测到弱目标时,经后置处理后可以有效检测到弱目标。结果表明,与常规时域波束形成算法相比,波束形成后再进行切片谱后置处理的算法增强了对噪声的抑制能力,提高了对弱目标的检测能力。

极窄脉冲超宽带波束形成研究

伴随着雷达和通信领域超宽带技术的发展,超宽带脉冲的波束形成技术得到了极大的关注,时域波束形成方法随之提出,传统的基于正弦载波信号波束形成为频域波束形成方法。在极窄脉冲超宽带条件下,激励脉冲位置的测定是按时间,而不是相位实现的,所以有很多不同于常规波束形成的特点。