一种水下信号采集系统及高分辨波束形成应用

水下信号采集系统中,针对常规波束形成不能突破瑞利限问题,本文首先通过对系统阵元接收信号进行相位模式空间变换,将其变换为具有Vandermonde结构特性的虚拟阵元接收信号,然后依据本文所述的一种基于自回归模型的逆波束形成算法实现对目标的检测与高分辨方位估计,并利用姿态数据对目标方位估计结果进行修正。理论分析和实验结果均验证了,相比其他方法,本文所述方法具有较高的方位分辨率,可有效实现对小夹角多目标的检测和方位估计。实验结果同样验证了,该系统可有效对N路水听器、姿态传感器、深度传感器拾取的数据进行预处理、采集、解算和存储、实现对多目标检测和方位估计,该系统已在工程项目中得到实际应用。

改进的高分辨逆波束形成算法在圆阵中应用

针对常规逆波束形成不能突破瑞利限问题,相关学者提出一种基于自回归模型的逆波束形成算法来改善逆波束形成算法的方位分辨率;但在实际应用中,该算法的检测性能比逆波束形成算法差。对此,本文通过修改自回归模型来改善基于自回归模型的逆波束形成算法的检测性能,并将其应用于圆阵中。改善后的算法在保证对目标方位高分辨率检测的同时,在较低信噪比条件下可实现对目标方位的有效检测。理论分析和数值仿真验证了改善后的算法相比基于自回归模型的逆波束形成算法在检测性能提高了近10log(2K+1)dB(2K+1为虚拟线阵阵元数)。

非相干与相干宽带信号高分辨方位估计方法的性能比较

通过仿真实验,对相干法和非相干法两种宽带高分辨波束形成的方法在性能上进行了比较。非相干法原理简单,易于实现,不需要对方位进行预估,但其分辨性能不如相干法,尤其是在当目标为相干信号时,非相干信号子空间法失效;相干法无论目标是否相干,均具有良好的分辨性能,特别是在低信噪比的条件下仍有一定的分辨能力。但是,它需要预估方位,当预估方位的误差较大时,相干法的性能急剧下降。

MVDR自适应波束形成技术在水声中的研究进展

高分辨波束形成器比常规波束形成具有更好的方位分辨力与干扰抑制能力。该波束形成器能够提高阵列输出信干噪比,从而提高声呐的探测性能。与多重信号分类、旋转不变子空间等方法相比,最小方差无畸变响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成器输出真实反映了观察方向的信号功率,同时可提供波束时间序列做后置处理,在水声阵列处理领域得到了快速发展和深入研究。对高分辨MVDR技术在水声阵列处理中的研究进展进行了回顾,重点介绍了其宽带处理、稳健性、运动补偿、解相干等国内外的研究热点和最新成果,同时给出其在各种水声阵列处理领域的应用前景。