波束分裂模式检测下的太赫兹稀疏信道估计方案

针对现有的基于共同稀疏信道支持的理想假设的宽带信道估计方案中阵列增益严重损失的问题,提出一种波束分裂模式检测的信道估计改进方案。建立具有时延-相控模拟的混合预编码的宽带太赫兹大规模多输入多输出系统模型;通过波束分裂效应估计出信道分量的物理方向,检测出不同子载波的信道支持度,实现每个信道分量的估计。仿真结果表明,与其它信道估计方案相比,所提方案减少了导频开销,降低了计算复杂度,鲁棒性优越。

矩形阶跃波导中波束分裂的研究

使用匹配场法分析了矩形阶跃波导中场的叠加和分裂特性，并用数值分析方法研究了场分布与传播距离的关系，模拟了ＴＥ１０波由一束分裂成两束的转化过程。从而为计算相应的硬件装置做了理论准备。

宽带分裂波束探鱼仪相位校准与方位角估计模块的实现

宽带分裂波束探鱼仪在渔业资源调查中有着广泛应用,其方位角估计精度决定了能否准确确定目标鱼群的方向和位置。为了提高方位估计的精度和效率,提出了一种基于改进的正交数字下变频技术的相位校准算法,对该算法进行了仿真,并基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现了该算法;然后采用Vitis HLS平台构建了方位角估计知识产权(IP)核,在提高方位角估计精度的同时降低了浮点计算时延;最后用信号发生器进行了测试。结果显示:模块的方位角估计误差不超过0.05°,整体计算延迟不超过420 ns,逻辑资源消耗不超过45%,与系统指标相符。该研究成果已成功应用于宽带分裂波束探鱼仪中,显著提升了系统精度和性能,并产生了一定的经济效益。

宽带分裂波束探鱼仪目标方位估计方法

目标方位估计是分裂波束探鱼仪的主要任务。常用的宽带目标方位估计方法包括互相关、互功率谱和自适应滤波。探鱼仪回波中存在大量目标,当鱼体目标回波时间间隔较小造成回波重叠时,这类方法会产生较大误差。本研究针对使用线性调频信号的宽带分裂波束探鱼仪,分析了信号时延对脉冲压缩结果的影响,提出一种利用脉冲压缩相位进行目标方位估计的方法,并给出理论推导。该方法运算量小,易于工程实现。仿真结果表明:该方法在目标间距不小于脉冲压缩距离分辨率时,仍然可以获得较为准确的方位估计;该方法与常用的互相关、互谱法相比,有更好的抗噪声能力。

微弱信号源的和波束定向方法与分裂波束定向方法的性能比较

本文讨论水下辐射噪声源的精确定向问题,给出被动声纳和波束定向与分裂波束定向方法的性能比较。指出在一定信噪比下,分裂波束精确测向技术比和波束定向技术具有较高的定向精度。但是,随着信噪比的下降,两者趋于一致。推导了估计定向精度的分析表达式,给出在直线阵和圆弧阵情况下,延时估计和声源入射角偏差之间的换算公式和数值模拟结果。同时给出数字式声纳用以计算入射信号左波束和右波束数据的互谱来实现分裂波束定向的方法。

分裂波束自适应方位分析目标识别方法研究

主要研究了主动高频声纳(20～35kHz)的体目标识别方法。提出了基于水下分裂波束布阵体制下,目标短时方位特征的自适应提取方法,利用分裂波束双通道的自适应结构,克服了目标回波多卜勒对自适应短时方位(相位)的影响,提高了抗噪声性能。同时利用目标方位走向特征向量,给出了体目标的目标视在张角估计值,做为识别判据。文章给出了目标方位走向的提取方法、试验结果,同时给出了目标视在张角估计方差。

线阵分裂波束处理技术在水声探测中的应用

声呐波束形成处理通常输出各个方位上的目标能量信息,利用指向性极大值位置给出目标的大致方位。为了得到更加精确的目标方位估计,需要寻找对目标方位微小变化作出灵敏反应的物理量。分裂波束处理所输出的各个方位二子阵的相位差信息,对方位变化十分灵敏,其测向精度接近于克拉美罗下界,不需增加太大运算量即可显著提高声呐系统测向精度,在水声中得到了广泛研究和应用。对线阵分裂波束处理在水声探测中不同的应用进行了梳理和总结,重点阐述了基于分裂阵半波束处理的被动声呐宽带相关检测、主动声呐相位单元化处理、超波束形成和水下慢速目标相位差空时方差自动检测跟踪(Automatic Detection and Tracking,ADT)技术的原理、处理流程和结果。

宽带分裂波束探鱼仪探测性能预报建模及仿真分析

宽带分裂波束探鱼仪探测性能由多种因素相互影响、共同作用,作为最关键的技术指标,直接影响该探鱼仪的实际使用。为了指导后续该类型探鱼仪的研制和使用,需要梳理不同因素对其探测性能的影响过程。采用水声学系统建模的方法,结合典型参数及海洋环境,根据主动声呐方程给出了在噪声背景下、体积混响背景下和体积混响与噪声混叠背景下有效作用距离预报模型,并分析了主要制约因素;进行了不同背景下探测性能的仿真,讨论了不同海况下频率对不同目标强度鱼探测性能的影响,对比了窄带系统和宽带系统对抗混响的能力;通过对宽带分裂波束探鱼仪探测性能的声学仿真结果明确了实际使用环境中不同参数对探测性能的影响,为远距离、高分辨率宽带分裂波束探鱼仪的研制提供了改进方向。

分裂波束鱼探仪换能器的旁瓣级控制

从一般离散阵列的指向性计算公式出发,利用对称阵列的对称特性简化了计算公式,得出对称离散阵列的通用计算方法,并进一步推广到连续对称阵列指向性计算。利用简化公式分析了分裂波束鱼探仪换能器的指向性特性,并优化分裂波束鱼探仪换能器的阵形设计,得出其设计参数的一般取值范围。根据优化后的设计参数,研制了一款70 kHz分裂波束鱼探仪换能器。通过消声水池测试,其实测指向性与理论计算非常吻合,水平方向与垂直方向的旁瓣级均达到-20 dB以下。同时也验证了简化后的计算公式对于对称阵列的指向性计算的有效性。

高功率微波大口径相控阵天线拍波辐射方法研究

相控阵天线是未来高功率微波辐射系统的重要形式之一,是当前研究的热点。为了获得超高等效全向辐射功率,高功率微波天线均为大口径形式。而大口径相控阵天线在辐射高功率微波拍波过程中,存在波束分裂、增益下降问题。针对该问题,本文提出了一种大口径相控阵天线拍波辐射结构,采用“子阵-面阵”两级馈电形式,解决了拍波辐射过程中波束分裂问题,有效提高了高功率微波系统的综合性能。该方法极大地节约了移相器数量,节省了系统成本,降低了系统复杂度,有利于实现高功率微波系统的小型化,提高系统的可靠性。

平面阵分裂波束DOA估计技术研究

以平面阵为例,对分裂阵半波束处理时参考基元选取进行了讨论,同时对分裂波束相关估计与超短基线阵直接相关时延估计精度进行分析与比较。仿真表明,在基阵有效孔径一致条件下,分裂波束相关性能较优,在低信噪比条件下优势更为明显。

三元组线列阵分裂波束目标方位跟踪方法

针对单线阵进行弱目标跟踪时容易受到强目标影响的问题,将三元组线列阵进行分裂波束定向,可提高对弱目标的方位跟踪能力。通过将三元组线列阵等分为两个三元组子阵,对两个三元组子阵分别进行心形波束形成,利用各自心形波束输出进行分裂波束处理得到目标方位。与常规单线阵分裂波束目标跟踪方法相比,该方法不但能给出跟踪目标的左右舷信息,同时提高了不同舷侧存在多目标时的目标跟踪能力。对海试数据的实际处理结果表明,三元组线列阵分裂波束定向时提高了对多目标的方位跟踪能力。

典型分裂波束声学探测系统及其应用

分裂波束声学探测系统是海洋生物研究的不可或缺的仪器设备,也是现代大型综合科考船的必备装备。首先介绍了分裂波束声学探测的基本原理和系统组成,然后系统介绍了Simrad和BioSoncis的2款典型分裂波束声学探测系统,并分析了其在渔业资源调查、羽状流探测等方面的应用。

宽带太赫兹大规模MIMO系统中的混合预编码

针对宽带太赫兹大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)通信系统中更大的带宽和更多的天线导致的波束分裂问题,构建了基于时延的宽带太赫兹大规模MIMO系统的混合预编码通信模型,并提出了一种高效且可实现的联合时延和相位的宽带太赫兹混合预编码算法。考虑到时延器值的硬件限制,通过最小化最优模拟预编码与等效模拟预编码之间的差来联合优化模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵,将联合优化问题转换成目标优化问题,通过将非凸问题转换成等价的凸问题来求全局最优解。仿真结果表明,提出的算法可以获得接近最优的可实现速率性能,且可以提高能量效率。

基于目标精确定向的分裂波束算法研究

本文针对目标的精确定向问题采用分裂波束算法,分别在时域和频域上提出了互相关法和互谱法两种分裂波束分析方法,通过对比分析,给出了互相关法和互谱法用于目标精确定向的优缺点。

一种多重分裂波束相位差海底检测技术

针对多波束浅海地形测量中面临的高精度底检测难题,提出了一种基于多重分裂波束相位差的多波束底检测技术,并着重讨论了在U型声基阵下该检测技术的实现方法。仿真结果表明,由于引入了多重分裂波束、相位斜率误差曲线及图像变换等处理过程,使得该技术不但能同时胜任镜像和非镜像区域的海底检测,而且还提升了系统的检测性能。

分裂阵宽带相关检测在圆阵中应用

宽带能量检测作为一种非相关检测方法广泛应用于被动声呐中,但是在复杂环境下其检测性能迅速降低。为了实现分裂阵半波束在圆阵中的应用,本文通过对圆阵的半波束相位差推导和仿真,将分裂阵半波束应用于圆阵的宽带信号检测中,给出一种应用于圆阵的分裂阵宽带相关检测方法。该方法能有效地改善目标方位分辨率,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性,易于工程应用。

水下超波束形成技术性能仿真研究

基于声呐分裂波束阵列信号处理的特点,对超波束形成(hyper beam forming,HBF)的二维(2D)和三维(3D)算法进行介绍,探讨其工作特性以及影响因子。将HBF技术应用在水下阵列信号处理中,通过仿真计算分析了其分辨能力和分辨特性。研究结果表明:HBF使得主瓣束宽得到锐化,同时旁瓣级也有很大的降低,与常规波束形成技术相比,其分辨能力有较大提高,是一种有广阔应用前景的水下阵列信号处理新方法。

太赫兹大规模MIMO系统DSP-OMP混合预编码设计

太赫兹具有频谱资源丰富、传输速率高等优势,但其波束分裂效应会造成可达速率及阵列增益损失严重。针对太赫兹大规模多输入多输出系统波束分裂问题,提出一种基于时延相移正交匹配追踪混合预编码方案。通过在射频链和传统移相器网络之间引入一个时延网络缓解波束分裂,结合正交匹配追踪算法降低角度估计带来的计算复杂度。仿真结果表明,所提方案能够有效补偿阵列增益损失,相比传统算法呈现较好的可达速率性能。

一种基于波束输出方位变化特性的信号检测方法

对一种可实时实现的信号检测方法进行了分析,该方法采用分裂波束进行实时精确测向,利用实时方位序列方差对波束输出进行加权处理,仿真结果证明该方法有较好的检测效果。