基于特征投影矩阵和线性约束的水声阵列信号抗主瓣干扰方法

提出了基于特征投影矩阵和线性约束的水声阵列信号抗主瓣干扰方法。该方法首先改进重构了干扰噪声的协方差矩阵,消除预处理时期望信号对主瓣干扰特征矢量选择的影响;其次,添加线性约束,保证期望信号方向增益,约束旁瓣干扰子空间置零,同时使得自适应权矢量的模最小,消除噪声抖动;最后求取自适应权矢量进行波束形成。仿真实验结果表明,本工作算法不仅在旁瓣有更深零陷,还能使主波束保形,提高了系统的输出信干噪比。

基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计

针对传声器规则阵列因均匀采样间隔导致的空域混淆问题,提出一种基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计方法。经过仿真分析,优化后24元随机阵列在保持主瓣性能的同时,有效抑制了旁瓣的增益。与均匀阵列相比,采用设计的遗传算法对阵列布局进行优化设计后可获得更好的旁瓣抑制和阵列增益。

基于二阶锥规划的FIR最小主瓣差异波束形成

针对传统宽带数字波束形成器精度低、主瓣误差大、旁瓣峰值高的问题,研究了一种基于二阶锥规划的FIR最小主瓣差异波束形成方法。首先采用基于FIR滤波器结构设计出的波束形成器,将传统方法中的小数预延迟改进为整数预延迟与FIR滤波器结合,以提高精度。然后,通过引入滤波器系数,将旁瓣级与FIR滤波器的阻带衰减级联系在一起,并且采用全局优化的方法将传统方法中的2个凸优化问题合为1个凸优化问题,确保了所得解是综合最优解。最后,重新定义主瓣响应误差,提出基于旁瓣峰值约束Minimax主瓣差异的FIR波束形成器设计准则。仿真结果表明,所提方法在时、空、频域中的表现都优于传统宽带波束形成方法。

基于协方差矩阵重构的方向图保形算法

现代雷达探测过程中需要采用自适应波束形成技术,在干扰处形成零陷从而消除干扰的影响。然而,波束产生零陷的同时也会导致主瓣波束产生畸变,严重降低了目标检测能力,针对波束保形问题,提出了一种具有波束保形的(worst-case performance optimization,WCPO)最差性能最优化算法。该算法通过对空间中不包含目标信号的区域进行积分来获得一个重构的干扰-噪声协方差矩阵,接着引入一个二次惩罚项使得重构的协方差矩阵满足凸优化条件,最后通过凸优化理论得到权矢量的最优解。区别于传统WCPO算法,该算法在相同条件下有着更高的输出信干噪比(signal-to-jamming noise ratio,SINR),并能在主瓣同时存在多个干扰,且不需要干扰信号先验信息的情况下实现主瓣波束保形。仿真验证了算法的有效性。

基于遗传算法的平面麦克风阵列构型优化方法

在有限平面范围内使用较少的麦克风数量设计阵列构型,使得阵列具有更好的性能是声源定位系统中需解决的首要问题。文中提出了一种基于遗传算法的阵列优化方法,该方法以阵列波束方向图的主瓣宽度和旁瓣级为基础,兼顾麦克风的数量设计了遗传算法的适应度目标函数,通过改进遗传算法,使其在麦克风阵列优化的应用中得到实现。仿真结果表明,与传统的十字形和矩形平面均匀阵列相比,优化后的阵列构型在保证阵列性能的同时,可以减少麦克风的使用数量。相比于粒子群优化算法,改进遗传算法优化后的阵列具有更优异的性能。

基于泰勒估计的主瓣干扰抑制方法

当有源干扰进入主瓣时,传统自适应波束形成的方向图会在主瓣内出现严重波形失真,主瓣内形成零陷,旁瓣电平陡增等问题。为此,利用泰勒估计获得真实协方差矩阵的估计,通过特征分解构建特征投影矩阵,构造旁瓣零陷加深的凸优化模型求解自适应阵列权值矢量,最后将此抑制干扰的方法和基于阻塞矩阵预处理与基于特征投影预处理等两类预处理方法进行实验仿真及性能对比,从而证明了基于泰勒估计的主瓣干扰抑制方法的优点。

相控阵雷达抗主瓣干扰技术研究

自适应波束形成技术是相控雷达的关键技术,能够最大化接收信号,并且防止旁瓣干扰。但在干扰由天线方向主瓣进入时,此技术性能会显著降低,对雷达检测性能造成极大影响。对于雷达主瓣干扰抑制问题,文章从当前抗主瓣干扰方式进行分析,主要是主动对抗及被动抑制两方面,重点探究相控阵雷达抗主瓣干扰技术。

多普勒雷达测速仪方向图检测的不确定度评定

多普勒雷达测速仪是对机动车行驶速度进行测量的仪器,通常按大于5°的固定角度安装(或放置)于车道上方或道路旁的固定设施。其天线波束方向和地面的实际夹角与理想值之间存在一定偏差,且固定设施因长时间路面震动或道路环境变化,天线波束方向和地面的实际夹角会缓慢改变,进而造成机动车速度测量的误差加大。因而,多普勒雷达测速仪方向图检测的重要作用不言而喻。本文对K波段多普勒机动车雷达测速仪方向图检测的不确定度进行评定,建立水平主瓣宽度、副瓣电平测量不确定度评定模型,分析检测过程中测量重复性、雷达方向图测量系统设备引入的误差,为现行定角式雷达测速仪型式评价工作提供了有效指导。

声成像传声器阵列布局性能研究

声成像系统中,阵列布局决定着声源的定位性能。目前,与阵列布局性能评估相关的研究还不够完备。针对此问题,在远场模型下调整声源频率(10~25 kHz),基于常规波束成形方法计算几种常见的螺旋阵列波束图,分析其主瓣宽度(Main Lobe Width,MLW)和旁瓣级(Side Lobe Level,SLL)。结果表明,对数螺旋阵列的旁瓣级较低且主瓣宽度最窄,定位性能最佳。

沥青路面微波现场热再生热电场模型

为了提高微波加热沥青混合料内辐射电场的效率及温度场分布的均匀性,应用惠更斯原理对基本面元辐射场积分建立了微波加热装置的辐射电场数学模型,运用能量守恒原理确定了辐射口面处沥青混合料的温度场数学模型,分析了结构参数及介质物性对热电场的影响。根据天线近场辐射理论对天线E面及H面长度进行了优化设计,应用不同长度的两种天线进行微波加热试验,测出了各自口面温度场分布并进行了计算机模拟。结果发现：用符合长度准则的天线加热后沥青混合料大部分区域温度为75℃~90℃,仅在口面周边位置温度略有下降,而用另一种天线加热后局部区域达到130℃以上,而大部分区域温度则在70℃以下。可见使用前一种天线加热后温度分布更均匀,具有更高的加热效率,从而验证了热电场模型的正确性和结构优化的有效性。

相控线阵声波辐射技术在反射声波测井中的应用探讨

采用有限元方法对相控线阵声波辐射技术在反射声波测井中的应用进行探讨 ,从信号的幅度、能量和损耗等角度考察了相控线阵声波辐射器的相位加权和幅度加权对在井孔中接收到的反射纵波的影响。结果表明使用相控线阵声波辐射器可以明显提高在井孔中接收到的有用信号的信噪比 ;应用相控辐射器的相位加权和幅度加权技术 ,即调节相控线阵声波辐射器的相邻阵元间激励信号的延迟时间和信号幅度 ,可使各个阵元辐射的声波信号在介质的传播过程中某个给定方向上的能量最大 ,从而使反射纵波信号得到明显增强。

充液井孔中的相控线阵声波辐射器在地层中产生的声场

应用有限元法研究了充液井孔中的相控线阵声波辐射器在井外地层中产生的声场 ,探讨了增强声源向地层的某一特定方向辐射的声波能量的方法 .采用相控线阵声波辐射器并调节其参数可以控制由充液井孔向地层中辐射的声波能量的方向 ,使声源向地层中的某个特定方向辐射的纵波能量得到明显提高 .在井间地震勘探和反射声波成像测井等领域中应用相控线阵声波辐射器 ,将有利于增大探测深度。

基于主瓣宽度多谱线插值的高精度快速谐波分析算法

根据窗函数的主瓣宽度提出了一种多谱线插值算法,结合采样率最终确定参与插值的谱线根数。根据窗函数的主瓣内任意相邻两根谱线之间的相位差为π这一规律,提出了一种快速算法,说明无论采用多少根谱线参与运算,计算某次谐波参数仅需要1次求模运算,大大降低了计算复杂度,节约了计算时间。利用不同阶次的Hanning自乘法窗仿真实验表明,多谱线插值算法在拟合阶次较低的情况下,该算法的精度比常用双谱线和三谱线更高,且大大节约了计算量。

基于Ricker类地震子波的匹配追踪

Ricker类地震子波是由Ricker子波演变得到的零相位三参量理论子波,通过适当的简化,得到了二参量C子波,参量独立地控制波形特征。以两个波形参数(主、旁瓣极值比和主、旁瓣宽度比)来定量表征C子波,发现C子波(Ricker类子波)比常规的Ricker子波、宽带Ricker子波波形更为丰富。基于C子波的匹配追踪算法,以该类子波构建原子库,建立包络瞬时频率与子波参量的定量关系,通过"三步法"实现地震信号的分解。模型试算结果表明了该算法的有效性,时频谱具有较高的时频聚焦性,C子波比Ricker子波更适用于时变记录的匹配。基于C子波库对实际地震资料进行匹配追踪,分频结果取得了较好的解释效果。

大型阵列天线子阵划分及栅瓣抑制方法

利用遗传算法(genetic algorithm,GA)将大型阵列划分为非均匀邻接子阵,以主旁瓣比作为适应度函数,并对遗传操作增加约束条件,得到具有栅瓣抑制能力的子阵结构。提出了基于子阵级的波束扫描方法,在每个扫描分区内无需改变阵元权值,仅通过子阵级数字波束形成即可完成阵列的波束扫描,并分析了不同扫描角对阵列方向图的影响。为了抑制大扫描角带来的高旁瓣,运用自适应原理使子阵级方向图在高旁瓣位置形成凹陷。分析与仿真结果表明,该方法能够进一步提高阵列方向图的主旁瓣比,增加扫描分区的范围。

改进自适应遗传算法的平面传声器阵列优化

针对传声器位置的离散性和遗传算法二进制的编码特点,本文提出改进的自适应遗传算法,对自适应交叉概率和变异概率作了重新设计,并将本文改进自适应遗传算法和传统标准遗传算法以及文献中提到的改进自适应遗传算法进行了比较,发现本文方法能够快速得到更优的结果。此外,本文提出了随频率变化的主瓣宽度和旁瓣水平折中的适应度函数R3,通过与适应度函数R1和R2的仿真结果对比,发现适应度函数R3能够有效地平衡阵列主瓣宽度和旁瓣水平。最后,本文设计了5臂均匀圆阵和5臂螺旋阵,并与本文随机阵进行仿真实验对比,进一步验证本文方法的有效性和可行性。

一种改进粒子群算法的立体阵列优化方法

利用传统粒子群算法对立体阵列所有臂的阵元分布形式同时进行优化时,不仅耗时,而且易于收敛到局部解。为了解决这个问题,提出了一种改进粒子群算法(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)。改进算法采用并行计算思想,同时初始化多个粒子群,每个粒子通过优化一个臂(优化臂)的阵元参数达到"降维"的目的,使用线性递减惯性权重,对多个粒子群同时进行预优化,获得中间解。利用中间解构建一个"升维"的新粒子,使用最小惯性权重对新粒子继续优化,满足停止条件后输出。通过对5臂星形立体阵列进行优化设计,发现改进算法不仅耗时短,而且能够得到更优的结果,最后通过6个仿真实验讨论了所设计的阵列的指向特性。

基于二阶锥约束的方向不变恒定束宽波束形成

该文提出了基于2阶锥约束(SOCP)的方向不变恒定束宽波束形成算法。本算法的优化准则为在保证各个指向上设计波束的主瓣与相应的参考波束的主瓣之间的均方误差最小的条件下,使设计波束旁瓣级尽量低。该约束优化可转化为标准2阶锥形式,采用优化工具箱SeDuMi实现。仿真计算表明,新算法能够在主波束指向±60o范围内得到良好的方向不变恒定束宽波束图。

方向不变恒定束宽波束图数值综合

该文提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。该算法在主瓣控制思想的基础上,以某一指向上的波束主瓣为参考主瓣,用平移参考主瓣的方式构造主瓣位置能随波束指向变化的参考波束,旁瓣高度采用自适应方式调整。在整个观察区域内设置若干虚拟干扰源,用迭代方式不断调整干扰源强度,使任意波束指向上的波束主瓣都与相应的参考波束主瓣吻合,最终获取方向不变恒定束宽波束图。仿真实验表明,该算法能够在主波束指向±60o范围内形成有效的恒定束宽波束。

超波束(HBF)用于波束锐化

介绍了一种波束锐化技术,即超波束形成技术(Hyper Beamforming,HBF),可以在减小波束宽度的同时抑制旁瓣,提高目标检测性能及方位估计能力。该方法结合常规空间加权可以进一步降低旁瓣,从而可以利用较小规模的基阵尺寸,实现大基阵的检测性能。文中给出了恒定束宽HBF实现所需系数,并将该方法应用于CW及FM信号处理,给出了预期的仿真结果。