基于非线性频偏的频控阵波束控制研究

与相控阵波束指向只具有角度相关性不同,频控阵波束图是时间、角度及距离的函数.这一特性在抑制距离相关性干扰等方面有着巨大的应用价值,但其方向图所固有的距离-角度耦合会带来新的频控阵波束控制问题.如何消除距离-角度耦合关系是实现波束精确控制及目标精确定位的前提.针对这一问题,提出一种基于可变加载约束的最速下降-线性约束最小方差（SD-LCMV）算法计算最优权矢量,同时将对数、三角函数、指数函数及倒数4种非线性频偏增量方式引入一维均匀线性频控阵（ULA-FDA）阵列,仿真验证应用4种不同非线性频偏的ULA-FDA阵列发射方向图的解耦性能.之后,采用多信号分类（MUSIC）算法仿真得到不同频偏情况下的MUSIC谱函数,对比分析4种频偏增量方式下的目标距离-角度二维联合估计性能.此外,仿真分析了sin-FDA阵列的接收机结构方向图特性及基于sin-FDA收发共形阵列的3种接收信号处理机制,从而验证了非线性频偏频控阵（FDA）阵列结构的有效性.      

存在指向误差情况下的低旁瓣自适应波束形成

针对确定自适应阵列系统,在传统的线性约束最小方差(LCMV)波束形成算法基础上提出一种在期望信号方向估计有误差的情况下,能减小指向误差的低旁瓣自适应波束形成算法,该算法运用波束保形函数,集中主瓣波束,抑制旁瓣波束,提高了阵列输出的信干噪比(SINR),计算机仿真结果验证了算法的有效性和优越性。     

基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成

基于线性约束最小方差(LCMV)准则的自适应波束形成算法在实际中得到了广泛的应用,但当其应用到子阵级时,自适应方向图主瓣变形且旁瓣升高,抗干扰性能严重下降.针对这些问题,提出一种基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成算法,引入罚函数对自适应方向图进行约束使其逼近期望的静态方向图;同时在干扰子空间约束波束响应为0,对干扰信号进行抑制.该算法在有效抑制干扰的同时,能够使主瓣保形并保持较低的旁瓣,还能获得较好的输出信干噪比.通过阵列方向图及输出信干噪比的计算机仿真验证该算法的有效性.      

一种基于FCGA的GPS自适应抗干扰算法

针对GPS卫星信号功率微弱易受干扰的特点,提出了一种基于浮点数编码遗传算法(Floating point number Coded Genetic Algorithm,FCGA)的GPS自适应抗干扰算法。首先分析了自适应阵的输出信号,给出了自适应阵方向图与加权矢量的关系式。然后根据线性约束最小方差准则,得到了一个有约束的多参量目标函数,并采用浮点数编码遗传算法对其进行了优化。最后为了验证该算法的有效性,以22单元改进的均匀圆形阵为研究对象,分别对自适应阵的方向图和输出信号干扰噪声比(SINR)进行了计算机仿真。结果证明,该方法能够在多个期望信号方向保持较高波束增益,同时在干扰信号方向形成很深的波束凹陷。在强干扰情况下,输出信号干扰噪声比SINR能够保持在定值附近,而不随着输入干扰功率的增加而降低,达到了抑制干扰的设计目的。     

基于导数约束的互谱降秩自适应波束形成

在导数约束基础上,提出了一种对阵列导向矢量失配稳健的互谱降秩自适应波束形成算法.通过在期望方向上设置多个线性导数约束,对阵列接收数据进行利用互谱能量的降秩处理,然后进行自适应波束形成.该算法不仅能够在导向矢量失配情况下获得较好的性能,并且弥补了传统稳健自适应波束形成算法运算量大的缺点.仿真分析表明,所提出的算法具有较好的稳健性能.     

一种基于次元分析技术的鲁棒波束形成算法

针对实际应用中先验知识存在偏差的问题,基于权向量长度恒定的常规线性约束波束形成算法,提出一种权向量长度恒定的最差情况性能优化波束形成算法.分析了神经次元分析(MCA)学习规则与该波束形成优化问题在数学描述上的相似性,利用神经MCA学习规则实现鲁棒自适应波束形成.仿真结果表明,与基于线性约束的波束形成算法相比,该算法具有更强的信号跟踪能力和干扰抑制能力,并且对信号方向向量的偏差具有更强的鲁棒性.     

波束形成算法指向误差时的稳健性研究

为有效克服期望信号方向存在指向误差而导致的阵列流形向量失配的问题,提出了一种基于支持向量回归机的波束形成方法.该方法在分析线性约束最小方差波束形成器的基础上,将支持向量机的损失函数引入到线性约束最小方差波束形成器的最优化问题中,从而使基于结构风险最小化原理的支持向量回归机算法与波束形成算法相结合.通过MATLAB仿真实验,在没有失配的理想情况和期望信号存在方向向量失配的情况下,选取不同的支持向量机参数以及信噪比,分析对2种损失函数的基于支持向量机的波束形成算法.仿真实验结果表明,该算法在期望信号方向存在指向误差时,依然能够保持较好的系统输出信噪比,具有一定的稳健性.     

频分双工智能天线系统中的一种空时预RAKE算法

针对频分双工的智能天线系统中因上下行频率差异对下行波束形成所带来的问题，提出了一种基于多约束最小方差无畸变响应（MVDR）波束形成和频率转换的空时预RAKE算法，利用信道估计方法得到方向和时延信息，通过多约束MVDR准则求得同频率下的空时预RAKE权矢量，利用最小二乘法求得频率转换矩阵，再对该预RAKE权矢量进行上下行频率转换，以完成下行预RAKE发射，该方法与传统的基于波达方向（DOA）估计的预RAKE相比，直接利用了上行接收的阵列响应协方差阵，无需DOA估计，在不同增加额外运算量的情况下，解决了传统方法在多径环境中抑制干扰能力差的问题，仿真实验结果表明，在多用户和多径环境下，能有效地提高下行接收信噪比，降低多址干扰。     

采用幅度响应约束的鲁棒自适应波束形成算法

针对大导向矢量失配误差造成传统自适应波束形成算法鲁棒性下降的问题,提出采用幅度响应约束的鲁棒自适应波束形成算法。该算法首先对接收数据协方差矩阵失配进行建模优化,然后根据已知的多径相干信号大致来波方向信息对波束主瓣进行幅度响应约束,并利用所提引理将优化问题转化为迭代二阶锥规划问题,最后对权矢量直接进行求解获得最佳值。仿真结果表明:该算法能够针对多径相干信号形成多波束主瓣,自由控制波束主瓣宽度和纹波水平。当期望信号的方向偏差达到3.5°、输入信干噪比在-5~10dB范围内变化时,该算法的阵列输出信干噪比优于不确定集类算法0~6dB,对大导向矢量失配误差鲁棒性更高。     

冲击噪声背景下一种稳健自适应波束形成算法

 针对冲击噪声背景下,常规波束形成算法性能下降的问题,本文提出了一种适用于任意未知统计特性的代数拖尾冲击噪声环境下的基于归一化的线性约束正交投影(NLCOP)算法。该算法通过对输入信号进行无穷范数归一化,使变换信号的协方差矩阵在代数拖尾的冲击噪声环境下存在且有界,将自适应权矢量约束于噪声子空间,提高了波束形成器在冲击噪声背景下的性能。NLCOP算法无需噪声特征指数的先验信息,具有更低的副瓣电平且干扰抑制能力强。仿真结果验证了该算法的有效性。     

相控阵雷达最优波位编排策略仿真算法

相控阵雷达波位编排传统方法难以评价任意波束跃度下的覆盖率、重复率、空域多遍扫描时的累积检测概率、最小扫描时间。为了解决该问题,分析了波束指向、波束跃度、波束宽度和脉冲积累时间的耦合关系,提出了基于点阵图元的波束截面建模方法;建立了求解波位编排最优化问题的两个基本模型,给出了基于遗传算法的最优波位编排仿真流程,在案例中得以验证及应用。结果表明,通过联合运用两个模型,可实现波位编排可视化仿真及指标计算,可获得资源浪费少、累积检测概率高的最优策略。     

一种阵列天线的波束赋形设计

对俯仰面波束需要赋形的阵列天线进行了分析和设计。采用数值方法对阵列天线的方向图进行了综合,将平均偏差用于目标函数的构造之中,同时结合工程实际,给出了约束条件。通过优化目标函数,得到所需的单元馈电电流。天线的实测方向图完全符合赋形波束的要求,表明该设计方法是可行的。     

甚宽频信号波束形成方法

介绍了基于直线阵列的常规相移一时延波束形成理论,分析了直线阵列的指向性以及影响其指向性的因素,并对其空间增益进行了定性分析。在此基础之上,提出了一种根据频率的变化改变基阵各阵元的加权,基于最小均方误差条件下的宽带自适应恒定束宽波束形成方法,在整个工作频带内波束宽度基本保持大致相等,可有效抑制因波束形成带来的频率畸变。文中给出了相应的波束形成仿真结果。     

参差调谐宽带阵列超声换能器研究

提出用波束等价和采样合成定理对参差宽带阵列进行阵元布阵和波束优化设计的方法．给出根据这一方法进行模拟实验的结果．结果表明，通过等价模拟可得到合理的布阵方案和最优波束分布．在±２０°范围内，模拟精度在１％以内；在主瓣范围±５°以内，实验结果与模拟结果吻合较好．     

二维超声阵列换能器声束控制技术的仿真研究

超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度。二维超声换能器阵列结构岛数字声束控制技术相结合,是现代超声成像系统发展的重要方向。以二维平面矩形超声换能器阵列和二维圆环超声换能器阵列为对象,利甩仿真实验分别测试幕声束聚焦、声束激励、幅度变迹等技术对声束的控制性能。结果表明,灵活的声束控制技术组合可似有效提高二维超声换能器阵列的声束性能,突出声束主瓣,降低旁瓣与栅瓣的影响。     

基于远场声阵列技术的摩托车噪声源特性分析

利用基于波束成形的远场声阵列噪声源分析技术研究了摩托车辐射噪声的声源特性.利用加速噪声测量得到的结果,确定了最大噪声级所对应的发动机转速.在此条件下,研究了摩托车整车左右两侧噪声源辐射的频率特性和能量分布特性,并利用声学重建技术构建了具有最大声压级频率分布特性的全场声压分布特性.通过与光学图像的自动重叠,获得了摩托车整车最大噪声源的频率和空间位置及产生来源,由此确定了合理降噪技术路线.试验结果表明,声阵列技术能够快速有效地进行噪声源诊断和声源空间定位.     

使用相位型阵列分束器作为互连元件的可编程光学神经网络

本文提出了一种２－Ｄ可编程神经网络的新装置，在这种装置中，采用透镜和一块相位阵列分束器作为光学互连元件，由于用一块分束器代替了子透镜阵列，所以克服了透镜阵列加工和装校的困难，以及因子透镜像差和通光孔的衍射对提高空间信道容量密度的严重限制，从而使系统具有增大信道容量的潜力。     

微光学阵列元件离子束刻蚀制作的分析与讨论

阐述了利用离子束刻蚀技术制作微光学阵列元件的工艺条件．研究和实验结果表明,通过光刻热熔法制作的光致抗蚀剂掩模图形经具有不同能量的离子束刻蚀后可以有效地实现向衬底材料上所作的选择性转移,所作的理论分析结果为非球面微光学阵列元件的制作提供了一条可行的技术途径．     

厚板电子束焊缝的超声扇形扫描检测

针对传统超声斜角探伤法检测厚板焊缝宽度受限的问题,采用超声相控阵扇形扫描方法,对55 mm厚TC4电子束焊缝进行检测研究.对相控阵波束在TC4焊缝中的偏转聚焦特性及扇形扫描进行模拟分析,采用扇形扫描与D扫描、A扫描相结合的方法分析缺陷特征,给出缺陷的三维定位.结果表明：扇形扫描角度为30°～70°,采用双面检测的方法可以实现宽度有限的厚板焊缝的检测,扇形扫描图像能够更加直观地显示缺陷.在TC4电子束焊缝中检测出气孔、裂纹、未熔合和未焊透四种缺陷.通过合理设置坐标系,可以实现焊缝缺陷的三维定位,测得缺陷距离换能器楔块前沿的距离、埋藏深度和距离扫查起始位置的水平距离.     

超声相控阵声束时空控制仿真研究

超声相控阵检测技术是工业无损检测领域新的发展方向,其中相控发射与相控接收过程在整个检测过程中是十分关键的环节,在此过程中通过控制声束偏转聚焦到检测的各个区域内,从而达到对整个检测区的扫描。在研究超声相控阵检测原理的基础上,建立了声束时空控制模型,仿真研究了声束偏转与聚焦过程。