基于球面阵的低频噪声源定位识别方法

针对小尺度空心球阵列在低频范围内空间分辨率差及其“零点”位置对应频率定位不稳定问题,本文提出了基于虚拟球面阵的噪声源定位识别方法。在声场重建理论逆问题的基础上研究了虚拟球面阵扩展方法,得到比原有球阵更大孔径的虚拟球阵列;将原始阵列与虚拟阵列组合成双层球面阵,在球谐域中采用“分阶-选择”和“声压-振速”2种联合处理;通过球谐函数展开波束形成算法验证以上虚拟球阵及其与实际球阵联合处理后的噪声源定位识别效果。仿真及试验结果表明:本文方法可有效地获得虚拟大孔径空心球阵列,虚拟阵列及其与实际球阵通过联合处理方式获得的虚拟双层球阵均能够有效提高球阵列的低频空间分辨率,同时也解决了原实际空心球阵列的“零点”问题,提高了噪声源定位识别精度。

聚焦波束形成声图近场被动定位技术仿真研究

介绍了一种近场高精度被动定位方法——聚焦波束形成声图定位。针对全方位扫描声图定位计算量大的问题,提出了先利用中阵测向再对测得方位附近小角度进行扫描的方法,可有效减少计算量;针对单一频段存在声干涉现象提出了分频段融合的方法,可有效抑制因阵形产生的声干涉,降低声图旁瓣;为了克服多途干涉对声图质量的影响,分别采用了虚拟时间反转镜和虚阵抗多途测量技术,均能很好地抑制多途。以水平线阵为模型的仿真结果表明,聚焦波束形成技术能够实现被动目标的近场高精度定位。

基于二维虚拟空间平滑算法的跳频通信系统跟踪式干扰抑制研究

基于均匀矩形阵列,利用阵列接收信号及其共轭信息,推导出2维的虚拟空间平滑算法。通过构造2维虚拟子阵,消除干扰信号与期望信号之间的相关性,避免了有效阵列孔径的损失,提高了算法的空间谱分辨率。将该算法与相位补偿技术相结合,给出了一种抗跟踪式干扰的跳频通信系统。通过理论分析和模拟仿真,验证了该系统对跟踪式干扰具有较好抑制能力,在干扰方向的零陷抑制深度达50 dB以上,并且与普通跳频系统相比在-3 dB的强干扰环境下具有优良的误码率特性。

基于最小二乘估计的虚拟阵元波束形成仿真

在混响干扰为主的浅海探测背景下,通常希望能得到主瓣宽度比较窄的波束。常规的波束形成方法中,对于一定频率的基阵,一般只有通过增加孔径长度来提高基阵分辨率。而这种方法又往往会受到实际工程的限制。因此提出了一种基于最小二乘估计理论的虚拟阵元波束形成算法。该方法针对有限尺度基阵,根据实际已知阵元的接收数据,运用最小二乘估计方法,估计虚拟阵元上的接收数据,使实际基阵的孔径在虚拟的意义上得到了扩大,从而实现了高指向性窄波束,提高了基阵的指向性指数。仿真实验结果也表明了该方法的有效性。

考虑恒载效应的拱形梁静力近似解

应用虚功原理,推导了考虑恒载效应影响时拱形梁在活载作用下的非线性微分方程,得到了方程的近似闭合解。根据方程的解,讨论了恒载大小及结构自身刚度(矢高、跨度、惯性矩及惯性半径等)不同因素在考虑恒载效应时对拱形梁静力特性的影响。通过与Takabatake得到的直梁解析解结果及作者在其他文献提出的有限元方法对拱形梁分析结果的比较,验证了本文非线性微分方程及其求解公式。结果表明,本文给出的非线性微分方程对于拱形梁和直线梁具有通用性,初始恒载的存在减小了拱形梁在活载作用下的静力反应,这种影响与恒载的大小及结构自身的刚度有关,对轻型结构的设计提出了一些建议。

一种提高无线传感器网络容量的方案

介绍了无线传感器网络容量研究的背景、理论基础和现状,分析和比较了几种当前的研究思路,提出了一种利用波束成形的虚天线技术来提高单节点功率受限条件下的无线传感器网络容量的方案,即利用无线传感器网络中由于节点的高密度而带来的节点间的低成本通信。由数据源节点将信息发送给尽可能多的周围邻居节点,然后这些邻居节点充当波束成形技术中的虚天线将收到的包转发给接收节点,以此增大接收节点所接收到的信号功率,从而提高无线传感器网络的容量。

一种基于虚拟阵元的超波束形成方法

针对超波束形成方法(Hyper Beam-forming,HBF)在实际应用中的不稳定问题,依据阵元间协方差矩阵同一斜对角线上不同元素具有相同相位差的特点,提出了一种基于虚拟阵元的超波束形成方法(Hyper Beam-forming Based on Virtual Array Element,VAEHBF)。该方法按互相关法对接收阵进行虚拟扩展;按HBF思想分子阵分裂波束形成;对分裂波束形成结果进行合成,得到改善的超波束形成结果。数值仿真和实测数据处理结果表明,相比HBF方法,该方法通过对接收阵进行虚拟扩展,在保持分辨力不变的情况下,可进一步提高合成波束增益,对信噪比的适应能力得到了3 dB提高,提高了HBF的目标检测性能及方位估计能力。

抗突发干扰的虚拟天线波束形成技术

针对现有的虚拟天线无法抑制落在变换区域之外的突发干扰的问题,提出了基于流形长度虚拟天线波束形成方法,新构造的虚拟阵列流形具有范德蒙德结构,可以应用子空间类算法;且流形长度变化率与实际流形长度变化率相等,允许在整个实际阵列扫描区域进行内插变换并使误差很小,避免了干扰落在变换区域外的情况.在这种虚拟天线上应用最小方差无畸变响应(minimum variance distortionless response,MVDR)波束形成方法,计算机仿真结果表明,在突发干扰处仍然能够形成零点,主瓣对准期望信号方向,在电磁环境变化剧烈的场合可以有效工作.

基于遗传算法的声矢量阵虚拟阵元波束形成

遗传算法在声源方位估计中的应用已有很深入的研究,然而在实际的工程应用中,阵元数量及如何用较少的阵元数得到较好的波束性能一直是人们所关心的问题。本文利用遗传算法及声矢量阵P-V互谱的抗噪能力,给出了基于遗传算法的声矢量阵虚拟阵元波束形成方法。根据实际阵元接收的数据,估计虚拟阵元上的接收数据,使基阵孔径在虚拟意义上得到扩大,从而实现高指向性窄波束。计算机仿真和湖试实验数据处理结果表明,虚拟后比虚拟前波束宽度锐化了21°左右。

一种改进的虚拟变换自适应波束形成方法

常规虚拟变换技术用于波束形成时,受变换区域影响较大,在区域选择不当时甚至会引起整个方向图的严重畸变。本文提出了一种改进方法,该方法基于子空间投影思想,给常规变换矩阵引入干扰方向信息。利用该方法形成波束时,能稳定地形成对准干扰方向的零点,对变换区域的选择也不很敏感。并且在小快拍数时仍然具有良好的波束保形能力。理论分析和计算机仿真验证了该方法的有效性。

虚拟波束四阶累积量DOA估计方法

为满足复杂干扰场景和阵列误差因素影响下雷达微弱目标信号精确测向需求,提出一种基于均匀线阵构建虚拟波束,替代阵列接收信号进行四阶累积量(fourth-order cumulant,FOC)波达方向(direction of arrival,DOA)估计的算法。该算法包括两个关键步骤:一是利用阵列接收信号特征分解的方法,对信号主信息分量进行提取,并以构建的虚拟波束为输入,计算FOC矩阵;二是针对主分量虚拟波束波瓣外的起伏,利用高斯窗修正波束方向图的方法,进一步提升空间谱函数的估计精度。仿真结果表明,该方法在存在阵列误差的非理想因素下,对复杂电磁干扰场景下的目标信号DOA估计精度较现有FOC方法提高150%以上,尤其对于场内同时存在多个非等功率源信号时,所提方法对低信噪比目标DOA估计精度提升效果优势明显,对复杂干扰环境下DOA估计精度更高、适应性更强。

基于最小二乘虚拟阵元的解模糊方法

阵列信号处理中,当阵元间距>1/2波长时方向估计会出现模糊。文中提出一种基于最小二乘虚拟阵元的方向估计解模糊方法,该方法根据实际已知阵元的接收数据,运用最小二乘法估计出相邻阵元间虚拟阵元上的接收数据,在实际孔径不变的情况下使阵元间距减小,从而实现了方向估计的解模糊。同时,文中还对此方法在解模糊时的虚拟阵元数进行了分析。仿真实验结果表明了该方法的有效性。

一种恒定幅度宽带波束形成

基于窄带波束形成Olen-compton的思想,提出了一种恒定幅度宽带波束形成算法。该算法通过在主瓣区域加入虚拟干扰,对主瓣宽度进行调整,其目的是为了使各个频率的波束宽度不发生变化,实现束宽的恒定。仿真实验结果证明了通过在主瓣区域内加入虚拟干扰从而调整波束的主瓣宽度是切实可行的,因而可以应用于宽带信号的恒定束宽。

基于共轭虚拟阵列的稳健波束形成方法

针对提高阵列天线波束性能问题,本文提出了基于共轭虚拟阵列的信号导向矢量扩展方法.利用共轭虚拟阵元扩展阵列,增大了阵列孔径却不改变实际阵元数,降低了副瓣电平并且不会增加天线制造成本.在虚拟阵列的基础上对信号导向矢量进行扩展,使阵列波束形成效果更加稳健.本文通过在有无干扰以及存在幅度和相位误差情况下对11个阵元阵列天线进行仿真,分析比较了原始阵列波束、虚拟阵列波束以及扩展导向矢量后的波束,验证了本文方法的有效性.