一种稳健恒定束宽宽波束形成算法

传统宽带波束形成算法在导向矢量失配时输出性能下降,为解决该问题,文章提出一种稳健恒定束宽波束形成算法。该算法首先构造与快拍数相关的对角加载函数;其次,基于空域积分思想,结合入射信号的方向误差范围估计期望信号的实际入射方向,并结合构造的对角加载系数生成优化波束加权系数;最后,联合优化后的波束权值与FIR滤波器系数完成宽带波束响应的全局优化设计。经仿真实验验证,相比于传统分布设计法的时域宽带波束形成,文中方法可以得到较理想的恒定宽带主瓣响应和较低的旁瓣电平,同时在期望信号导向矢量失配情况下,仍有较好的输出信干噪比。

水下低噪声目标辐射噪声垂直嵌套阵测量方法

研究了一种水下低噪声目标辐射噪声垂直嵌套阵测量方法。首先通过分析试验水域背景噪声和被测目标辐射噪声特性,掌握不同测量频段的增益需求;然后采用凸优化方法,建立波导环境中超宽带、高稳健恒定束宽波束形成技术,推导水下目标辐射噪声垂直嵌套阵测量及空间阵列信息处理方法;最后研制垂直嵌套阵测量系统,并开展湖上试验验证。研究结果表明该测量方法具有测量带宽大、稳健性高、测量不确定度低等优点,辐射噪声测量不确定度约2 dB。

一种双锥阵稳健水下目标噪声测量方法

测量水下目标辐射噪声时,为保障测量结果的准确性,并缓解浅海波导界面反射对测量结果的影响,测试方法需具有恒定束宽波束输出以及较好的空间指向性。对采用双锥阵测量系统的辐射噪声测量方法进行研究,采用二阶锥规划方法对双锥阵波束输出进行设计,结合聚焦变换提出了水平和垂直双向恒定束宽的低旁瓣稳健波束形成方法,实现了浅海波导中对水下目标宽带辐射噪声的测量。在仿真的浅海波导环境中,接收信噪比为5 dB时,测量结果相比单阵元系统以及应用常规波束形成器的测试方法有显著提升。

面向平面点圆声基阵的恒束宽波束形成方法研究

针对平面点圆声基阵的宽带探测性能提升需求,描述了恒束宽波束形成方法,研究了平面点圆声基阵的恒束宽波束形成方法,并对平面点圆声基阵的波束形成算法进行了优化与仿真分析。相较于常规的点圆声基阵常规波束形成,恒束宽波束形成可以降低系统的旁瓣,大幅提升了系统的整体性能,在工程设计上具有一定的应用意义。

一种用于声学成像的稳健宽带恒定束宽波束形成方法

基于聚焦变换思想的波束形成是一种有效的恒定束宽波束形成方法.然而,当信号的方向信息存在误差时,聚焦变换波束形成方法的稳健性会急剧下降,为了克服这种缺点,将稳健Capon波束形成(RCB)思想用于聚焦变换方法中,提出一种稳健宽带恒定束宽波束形成方法并将其应用于声学成像.该方法通过RCB校正信号方向信息得到较为准确的聚焦矩阵,从而减少聚焦数据误差,避免估计畸变,提高了基于聚焦变换思想恒定束宽波束形成器的性能.

空间重采样法恒定束宽波束形成器设计

本文视均匀线列阵为连续线阵的均匀离散采样，将宽带方位估计中的空间重采样思想用到恒定束宽波束形成器设计中，并从滤波器设计的观点出发，将阵元权系数等效为空间滤波器的脉冲响应，提出用恢复公式计算不同频率所对应的阵元权系数，从而利用频域波束形成的方法完成恒定束宽波束形成器设计。

恒束宽双极化加脊喇叭天线设计

本文采用有限元方法分析计算了双极化的加脊喇叭天线，给出了脊的计算结果和匹配方法，并分析了喇叭的辐射特性。结果表明，这种天线不仅匹配良好而且在三倍频的带宽内被束变化较小。

基于二次型约束的稳健宽带恒定束宽波束形成

针对期望信号导向矢量失配时传统宽带波束形成器性能恶化的问题,提出一种稳健的宽带恒定束宽波束形成算法。首先结合空间响应变化(Spatial response variation,SRV)约束,将算法在信号带宽内不同频点的阵列响应约束简化为对某一参考频点的约束,实现具有恒定束宽特性的宽带波束形成,再通过对权矢量模值施加二次不等式约束,抑制指向误差及传感器参数随机扰动误差,提高算法的稳健性,并通过拉格朗日乘子法,在约束边界上求得最优权矢量的解析解。实验结果表明算法可有效克服信号指向误差引起的波束形成器性能恶化问题,且具有良好的恒定束宽特性及较高的阵列输出性能。

基于二阶锥规划的宽带波束形成器设计

宽带波束形成器有两种典型的实现方式,分别基于FIR滤波器和基于长方形阵列,将这两种波束形成器的波束响应表达为统一的形式,并根据参考波束的选择情况,为该类波束优化问题的求解建立了数学模型,该数学模型属于二阶锥约束问题,可以用二阶锥规划方法进行求解。仿真结果表明,提出的求解宽带恒定束宽响应波束形成器权系数的数学模型具有通用性,并且把二阶锥规划方法运用到宽带波束形成器优化设计中,其约束控制灵活,问题求解方便,设计结果精确。

宽带恒定束宽波束形成器的设计与实现

本文提出了一种设计宽带恒定束宽波束形成器的方法．这对应用于海底探测和分类问题的声纳系统来说是十分重要的．对于给定频带宽度的信号，选择一定数量的频率点来表达其频率响应．对于一个给定的频点，可以通过现有方法导出满足恒定束宽要求的加权矢量，例如对于一个线列阵，可用切比雪夫多项式得到其加权矢量．因此对于一个具有Ｎ个阵元的宽带阵，如果选择Ｍ个频率点，可以得到一个Ｎ·Ｍ的加权矩阵．这个矩阵的每一行代表一个阵元的频率响应，而这个频率响应可以由采用模型参考自适应方法设计的ＦＩＲ滤波器来实现．这样一组Ｎ个ＦＩＲ滤波器的输出之和就是波束形成的输出，它可以很方便地通过ＤＳＰ硬件来实现．本文给出了一个使用这种方法设计的例子，结果是令人满意的。

基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器研究与实现

提出了一种基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器,主要包括实现整数倍采样间隔延迟的数字延时单元、基于Farrow结构的高精度分数延时单元以及保证恒定束宽的幅度加权单元;理论分析了该波束形成器的原理,特点和优势;利用计算机仿真验证了该波束形成器的有效性和优越性;在C6748 DSP平台上的移植实现展示了该恒定束宽波束形成器的实现效率及实用性。

恒定束宽波束形成器的设计和仿真研究

宽带恒定束宽波束形成器是基阵信号处理中的难点。本文提出一种基于均匀一致性旁瓣级的设计方法,在求出宽带信号实现恒定束宽所须的频率响应后,通过一组FIR滤波器来拟合该频率响应。该方法不仅能用于一般的等间隔直线阵,而且当阵元存在指向性且位置不精确时,也能较好地实现恒定束宽。计算机仿真表明了该方法的可行性。

基于模约束的稳健宽带恒定束宽波束形成

针对存在指向误差时传统宽带波束形成器性能恶化的问题,提出一种稳健的宽带自适应恒定束宽波束形成算法。首先,结合空间响应变化约束,将信号带宽内不同频点的阵列响应约束简化为对某一参考频点的约束,利用对参考频点导向矢量的约束实现期望方向上的无失真输出;然后,对权矢量模值施加不等式约束,抑制指向误差,提高算法的稳健性;最后,通过拉格朗日乘子法,在约束边界上求得权矢量解析解。仿真结果与分析表明:该算法可有效克服波束形成器性能对指向误差敏感的问题,且具有良好的恒定束宽特性及较高的阵列输出性能。

稳健的宽带恒定束宽波束形成算法

针对运动目标入射及存在信号波达方向(DOA)估计误差时传统波束形成器性能下降的问题,提出一种稳健的宽带恒定束宽波束形成算法。该算法首先在目标入射角可能存在的范围内选取离散点,设定相应的期望及零陷响应,再结合空间响应变化(SRV)约束,将算法在信号带宽内不同频点的阵列响应约束简化为对某一参考频点的约束,并约束权矢量模值以抑制随机噪声,最后分别利用内点法和拉格朗日乘子法求解最优权矢量,实现稳健的宽带恒定束宽波束形成。实验结果表明该算法可以有效实现对运动目标的空域滤波,具有良好的恒定束宽特性及较高的阵列输出性能。

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。

线列阵甚宽频带恒定束宽的数字实现方法

线性嵌套阵可以很好地在很宽的频率(N个倍频程,N=7)上实现恒定束宽。这种方法设计简单,又节省线阵阵元。本文给出了线性嵌套阵具体的数字化实现方法,解决了FIR滤波器设计,滤波器时间延迟等问题。由于数字化实现过程中使用了很多组FIR滤波器,计算量很大,文章采用了DSP信号处理板实现数字化算法,利用DSP处理板可以多任务同时处理优势,解决了计算量大的问题。经过实验验证,在DSP上实现的数字化的线性嵌套阵宽带恒定束宽方法满足了工程上实时处理的需要。

基于恒定束宽波形保真及干扰抑制的水下目标识别方法

水下目标辐射噪声通过阵列波束形成后易造成波形失真,且受干扰的影响,严重降低了目标的识别效果。为此提出了恒定束宽波形保真及干扰抑制的水下目标识别方法。该方法通过二阶锥规划方法设计恒定束宽波束形成器,用以实现波形保真并滤除干扰源的影响,结合人耳听觉感知机理和经典的DEMON分析,提取出有效反映目标类别属性的联合特征矢量。针对直线阵,利用单水听器获得的真实目标辐射噪声,仿真了干扰条件下阵列输出信号并开展识别实验,结果表明所提出的水下目标识别方法可以有效实现目标的准确分类,且对目标形态有着良好的宽容性。

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。

基于二阶锥的扩展式矢量阵宽带恒定束宽稳健性设计

提出基于二阶锥的低频八臂扩展式矢量阵宽带恒定束宽波束形成设计方法。利用矢量传感器组合特点,采用二阶锥方法设计满足稳健性要求的低旁瓣期望波束,然后利用二阶锥设计满足期望波束的宽带恒定束宽波束。较好地解决了波束稳健性、低旁瓣和恒定束宽问题,仿真分析表明,对于基阵位置误差,该宽带波束形成器具备了稳健性、低旁瓣和宽带恒定束宽等特性。

基于FIR滤波器的改进恒定束宽波束形成算法

针对宽带信号中不同频率分量所对应的增益不同导致阵列接收信号产生失真的问题,提出了一种基于FIR滤波器的恒定束宽波束形成算法.该算法利用FIR滤波器阵列结构和麦克风均匀线阵列的对称属性,确定波束形成算法恒定束宽的频率范围并获得近似恒定束宽的阵列响应;针对相邻的截止频率之间波束宽度的波动较大问题,设计了参考波束并利用最小二乘法获得最优权值;最后对最优权值进行归一化处理,获得了均匀增益.仿真和实验验证了算法的有效性.