激光导波阵列波束成形损伤成像方法

激光超声检测方法在结构损伤检测领域有着广泛应用。增加激光信号用于损伤成像的技术难点。针对此挑战,采用提出的Morlet小波分析法提取激光宽频信号中对应中心频率下的窄带信息。为实现损伤的可视化,分析比较了导波阵列波束成形损伤成像算法中时间延迟叠加算法和相位延迟叠加算法,其中相位延迟叠加成像法对频域内所有频率成分实施延迟叠加能克服导波的频散效应得影响,能实现对损伤更精确的定位。为验证该方法的实用性,构建了激光激励/接收完全非接触式的实验系统,通过对Morlet小波分析后的信号采用延迟叠加算法对损伤进行成像,实验结果表明了:相位延迟叠加成像法成像效果比时间延迟成像法成像效果更佳,定位更精确。

多维阵列张量模型的鲁棒波束成形方法

传统波束成形算法在应对维数较高的多维阵列时,训练快拍数难以满足远大于信号维数这一要求,从而导致波束成形器性能急剧下降。针对这一问题,本文给出了多维阵列输出数据的张量模型,基于多维阵列子维度的可分离性,引入张量波束成形方法,分析了其在训练快拍数需求上具有的优势。然后,基于张量波束成形中子维度干扰协方差矩阵的模型,通过直接估计干扰协方差矩阵实现了一种鲁棒张量波束成形方法。分析表明:该方法可更好地应对非均匀杂波环境以及相干干扰,并得到更高的输出信干噪比,以给出的二维极化敏感阵列为例,所提方法的训练快拍数需求为传统方法的1/3,相干干扰下输出信干噪比提高了约2.5 dB,仿真验证了分析的有效性。

硬件损伤下IRS辅助的SWIPT系统安全波束成形设计

为了提高无线携能通信(Simultaneous Wireless nformation and Power Transfer,SWIPT)通信系统的安全性,同时克服系统收发机硬件损伤(Hardware Impairments,HIs)的影响,提出一种硬件损伤下的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的SWIPT系统安全波束成形设计方法.考虑能量接收设备为潜在的窃听者,在基站最大发射功率、最小接收能量和IRS相移约束下,通过联合优化基站波束赋形矢量、人工噪声矢量和IRS的相移矩阵,构建系统安全速率最大化问题.针对该优化问题是非凸的,且优化变量是耦合的,提出一种基于交替优化和半正定松弛的有效算法来次优地解决该问题.仿真结果表明,本文所提算法能够在保障能量需求的同时,提升系统的安全性和抗硬件损伤能力.

毫米波频段天线阵列设计与波束成形

本文致力于毫米波频段天线阵列设计与波束成形技术的深入研究。强调了毫米波通信的重要性,探讨了天线阵列在毫米波通信中的关键作用,并对于天线阵列设计的原理和方法进行了阐述,同时详细介绍了波束成形在毫米波通信中的实际应用,为现代通信技术中毫米波频段的广泛应用打开了新的可能性。通过优化设计和波束成形技术,实现更高效、可靠的毫米波通信,推动通信领域的进一步发展。

一种基于有限内存拟牛顿法的混合波束成形算法

针对现有混合波束成形算法运行时间长、频谱效率低、误码率高的问题,该文提出一种基于有限内存拟牛顿法的混合波束成形算法(LBFGS)。该算法首先通过数字预编码器的最小二乘解构建单变量目标函数;然后采用目标函数的梯度近似黑塞矩阵的逆得到搜索方向并沿搜索方向更新模拟预编码器,直到满足停止条件;最后固定模拟预编码器得到数字预编码器。MATLAB仿真结果表明,LBFGS算法较现有MO算法减少了28%的运行时间,频谱效率提高了1.05%,误码率降低了1.06%。

基于硬件损伤的MIMO异构网络波束成形算法

由于多输入多输出(MIMO)异构网络能够提高系统容量和实现更多的用户接入,因此受到了学术界和工业界的广泛关注,从而成为下一代通信系统的关键技术之一。然而,由于放大器非线性、相位噪声和I/Q不均衡等因素的影响,这类硬件损伤成为制约当前MIMO异构网络波束成形性能进一步提升的瓶颈。为了解决该问题,该文提前将硬件损伤考虑到MIMO异构网络波束成形算法设计当中。首先,考虑了每个基站的最大发射功率约束和每个用户的最小信干噪比约束,建立了一个含硬件损伤参数的系统总能耗最小的资源优化问题。其次,利用等价变换和半正定松弛方法,将原非凸问题转化为凸优化问题进行求解。仿真结果表明,与完美硬件条件下的波束成形算法对比,所提算法具有较好的抗硬件损伤能力和较低的中断概率。

手持终端波束成形天线阵列的优化设计

设计了一款适用于移动手持终端的低剖面波束成形天线阵列。该天线阵列由八个结构相同的倒F天线组成,可以工作在GSM1900(1880~1920 MHz)、LTE2300(2300~2400 MHz)和LTE2500(2540~2620 MHz)三个频段。通过功率传输效率最大化理论,可以优化出该阵列在所需方向上的最佳激励。通过馈电电路板给8个天线单元提供优化的激励,可以将天线波束偏转到所需方向,并且保证天线在该方向上获得最大可能增益。天线阵列工作在2.45 GHz时,在x、y、z方向上的增益分别为7.80、6.03和7.20 dBi;相应地,在1.9 GHz时分别为6.67、5.27和6.05 dBi。

阵列天线波束成形技术在宽带CDMA下行链路中的应用

本文利用自适应天线阵列上行链路信号到达角估计信息,并结合导频辅助下行链路信道矩阵估计值,在前人提出的具有反馈特性的自适应发送阵列原理基础上,提出一种简单可行的宽带CDMA下行链路天线阵列波束成形权重计算方法,并进一步分析了到达角估计误差和信道信息反馈时延对权重计算的影响,最后给出系统误码率性能的计算机仿真结果。

互质阵列信号处理研究进展：波达方向估计与自适应波束成形

阵列信号处理是雷达领域各类应用的核心技术之一。近年来,互质阵列的提出打破了传统方法受限于奈奎斯特采样速率这一瓶颈,其稀疏布设的阵列结构和互质欠采样的信号处理方式大幅降低了系统所需的软硬件开销,为当前不断提升的实际应用需求提供了理论基础和技术前提。鉴于其在自由度、分辨率及计算复杂度等方面的性能优势,互质阵列信号处理的理论和技术研究受到了国内外学者的广泛关注。该文分别从波达方向估计和自适应波束成形这两个阵列信号处理领域的基本问题出发,介绍了互质阵列信号处理方向的研究进展。在互质阵列波达方向估计方面,该文总结了互质子阵分解方法和虚拟阵列信号处理方法等两类典型技术路线,并以此为基础介绍了压缩感知和无网格化技术在低复杂度和超分辨估计等方面的最新研究工作。在互质阵列波束成形方面,该文剖析了其与互质阵列波达方向估计问题的区别与联系,并介绍了面向互质阵列的高效鲁棒自适应波束成形设计方法。该文旨在通过对互质阵列信号处理研究前沿的分类归纳和总结,探讨各类方法的优势和未来的研究方向,为其在雷达等领域的产业需求和实际应用提供理论和技术参考。

基于波束成形理论的传声器阵列声场仿真分析

基于用传声器阵列测量空间声场信息的波束成形技术,在声场可视化和噪声源识别中得到了广泛的研究与应用。利用波束成形技术分析噪声源时,不同的传声器阵列布局会对分析结果产生不同影响。在合理化假设的条件下,基于MATLAB软件对线性、矩形、圆形、半圆形4种不同阵列的处理效果进行仿真,并对仿真结果进行分析。比较识别精度、传声器数目和图形对称性等综合因素,得出圆形阵列具有最好综合效果的结论。

通道响应失配对星载平面阵列多波束天线波束成形的影响

本文以星载平面阵列多波束天线为研究对象,建立了平面阵的数学模型,并给出天线的阵列方向图。研究了通道响应失配对天线波束成形的影响并给出仿真结果。分析表明:波束成形对通道响应一致性有很高的要求,必须对多通道接收机进行幅相一致性的校正。在卫星通信对多波束天线的要求下给出了幅相误差的可容忍范围,并提出了误差校正指标。

混响背景下基于波束成形的声成像技术

为了探究如何在混响场中对目标声源进行精准定位,首先模拟混响环境,构建点声源和阵列测量面,分别利用常规波束成形算法、基于正交匹配追踪的反卷积波束成形算法以及基于脉冲响应函数的自适应波束成形算法对不同频率下阵列接收到的信号进行处理,得到声成像效果图;其次在混响背景的条件下加入干扰噪声,分别利用以上3种算法对信号进行处理,通过对比分析声成像效果以及各算法的运行时间,确定基于脉冲响应函数的自适应波束成形算法的定位效果最佳。

三维波束成形麦克风阵列在风洞测试中的应用

得益于非常安静的背景噪声(风速140 km/h,声压级小于58 dBA)和优秀的低频压力脉动(Cprms<0.005),中国汽车工程研究院(CAERI)风洞中心的气动声学风洞为汽车空气动力学开发提供良好的声学测试平台。中国汽研风洞中心安装一套由3块麦克风阵列(3×168通道)组成的三维麦克风阵列测试系统,对车外气动噪声源进行定位及分析。采用“声学照相机原理”,即噪声云图通过波束成形的高级算法投射到车身三维表面(3D)上进行定位显示。

基于MUSIC及波束成形算法的非线性Lamb波微裂纹成像与评估

针对板状结构的微裂纹成像和评估问题,使用有限元分析方法在三维铝板中建立了埋藏型微裂纹,并采用对称激励的方式,在板中激励出S模态的Lamb波。利用多信号输入分类(multiple signal classification, MUSIC)算法,对传感器阵列捕捉到的信号进行处理,测算板中位于远场的微裂纹方向角。而后通过设置多组传感器阵列进行交叉定位,从而实现对板状结构中可能存在的微裂纹的大范围、高精度定位成像。以此为基础,对阵列信号进行波束成形算法处理,实现对信号的空间滤波,以减少其他方向的杂波对阵列信号的干扰;通过对处理后的阵列信号进行分析,计算其非线性参数,实现对裂纹损伤几何信息的评估。研究结果表明,该研究所构建的微裂纹定位成像算法在较高的环境噪声干扰下仍具备较好的损伤成像能力,且计算出的非线性参数与微裂纹厚度和宽度密切相关,可以有效评估微裂纹程度。

基于自适应天线阵列波束成形的MFSK/FH系统分析

从空域滤波技术出发,在传统MFSK/FH系统接收端采用基于天线阵列的自适应波束成形(Beamforming,BF)技术(称为MFSK/FH-BF系统),从空/频域进一步提升跳频通信系统性能。首先设计一种适合跳频波形的天线阵列自适应波束成形接收机,消除因频率跳变带来的波束指向误差;随后,基于最小均方差(MMSE)直接矩阵求逆(SMI)的自适应波束成形算法,建立跳频和波束成形参数(频点个数、快拍数、信噪比SNR和信干比SIR等)与系统性能(干扰信噪比SINR和误码率)之间的理论关系;最后,仿真验证了MFSK/FH-BF系统的抗干扰性能。分析表明,MFSK/FH-BF接收系统可实现波束指向快速收敛,其抗干扰性能由跳频技术(频点个数)和多天线技术(阵列权值)共同决定,弥补了单一干扰抑制技术的不足,对于多种典型干扰具有良好的抑制性能。

用于声学波束成形的传声器阵列设计与优化

针对目前传声器阵列对于中低频声源(尤其200 Hz以下低频)识别分辨率低的问题,本文提出了一种基于波束成形算法的、对于中低频声源(150~2500 Hz)识别性能较好的传声器阵列。该传声器阵列采用渐开线螺旋臂的形式,多条螺旋臂围绕阵列中心均匀分布。采用田口法对阵列几何参数进行了选取和优化,分析出最佳参数组合和几何参数对螺旋阵列性能影响的贡献度大小。在最佳参数组合下,将本文提出的螺旋阵列与其他阵列结构进行对比分析。结果表明:该螺旋阵列的最佳参数组合为传声器个数30,孔径500 mm,旋臂数10,基圆半径110 mm;对于阵列综合性能影响最大的是传声器个数,贡献度为28.93%;其次是基圆半径和旋臂数,贡献度分别为22.76%和21.15%;影响最小的是孔径,贡献度为16.75%。对比结果表明:本文提出的阵列波束宽度系数CBW值最小,为433.590 m/Hz,分辨性能最佳;动态范围均值为7.03 d B,标准差为2.88 d B,动态性能良好。

一种基于泛函波束成形的传声器阵列优化方法

本文基于泛函波束成形算法,提出了一种可以用于二三维声源识别的传声器阵列结构优化方法和相应的优化阵列形式。本文的渐开线螺旋臂阵列设计包含4个主要几何参数:传声器数目、阵列孔径、螺旋臂的数目和基圆的大小。通过基于改进的遗传算法的优化,得出两种优化阵列:优化渐开线螺旋阵列和优化随机阵列,目的是减小波束模式的主瓣宽度以提高传声器阵列的分辨率性能。本文的优化过程包括对最优几何参数组合的寻找和对传声器坐标直接优化两个部分,优化关注点在于中低频声源识别的分辨率性能,在对比研究中发现,上述两种优化阵列在二三维声源识别方面都表现出较好的性能。

波束成形技术在超短波电台中的应用研究

提出了将波束成形技术应用于超短波电台,以提高天线增益和系统抗侦收能力。介绍了波束成形技术的原理,仿真了波束成形方向图,设计了6单元阵列天线、6通道射频电路和基带波束成形器,实现了采用波束成形的超短波电台。并对样机的发射波束成形方向图进行了测试,结果表明超短波电台能够采用波束成形技术,并具有很广的应用前景。

多径信道中基于盲波束成形的CDMA多用户检测和伪码估计

在分析阵列天线接收的多径CDMA信号的基础上,发掘阵列信号子空间与扩频用户伪码序列的关系,对传统的子空间波束成形器结构做了改进,提出一种新的基于盲波束成形的伪随机码序列盲估计算法。算法采用复独立分量分析法迭代,得到盲波束成形器系数,能在波达方向未知的情况下,估计各个用户的扩频序列。本文同时提出一种基于盲波束形成的异步多径CDMA信号多用户检测算法,可以在未知各个用户扩频码和波达方向的先验知识条件下,完成多径异步CDMA信号的多用户检测。算法由于同时利用了扩频增益和阵列天线分集增益,相比于单天线多用户检测算法性能有所提高。理论分析和仿真结果验证了算法的可行性。

基于概率成像的二维波束聚焦冲击定位方法研究

冲击损伤监测是结构健康监测的主要研究内容之一.本文提出了一种基于十字型传感器布置方法的二维波束聚焦概率成像定位算法,采用十字阵列型的传感器布置方法减小了系统盲区,通过二维波束聚焦概率成像方法提高了冲击定位的精度.在二维波束聚焦算法中,波速的准确性是影响结构冲击损伤定位的主要因素,本文通过统计分析得到波速的概率分布函数,带入二维波束聚焦概率成像定位算法中对冲击损伤进行监测,分别得到横向阵列与纵向阵列的概率分布图,对两者进行融合成像可以得到更为精确、科学且直观的冲击损伤定位结果.通过实验研究验证了该方法的有效性与实用性.