新型多通道并行宽带数字雷达侦察接收机设计

针对现代雷达侦察接收机对ADC高采样率要求的难题,给出一种新的信号采集系统方案。利用多个低速率ADC并行采样,通过自适应波束形成算法对信号的频谱进行恢复,从而获取完整的信号频域信息。根据雷达侦察接收机的实际工作条件以及对实时性要求,对频谱恢复算法进行了性能优化和参数计算,并对算法进行了仿真。算法仿真结果和雷达信号处理机硬件测试结果表明,能够有效地提高侦察接收机的带宽,并且得到较好的频谱分析结果,能够广泛的应用于宽带数字雷达侦察接收机系统中。     

基于FPGA的合成孔径超声成像波束合成设计

合成孔径超声成像,因其可以利用少量超声传感器得到高分辨率及高对比度超声图像而成为现代数字医学超声成像常采用的方法.传统合成孔径方法的复杂性限制了实时成像系统的成像速度.对比传统的定制目标区域及非均匀采样的成像方法,利用高速数字电路设计出了应用于多阵元合成孔径超声成像系统的均匀采样波束合成算法,并利用现场可编程门阵列(FPGA)技术进行硬件实现.使用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C8Q208C8芯片,利用同步动态随机存储器(SDRAM)存储回波数据,数据经延时叠加及加权处理后通过USB送入PC端成像.系统测试结果表明:采用流水线结构及并行数字电路,FPGA可以在高速时钟下完成合成孔径超声成像的波束合成算法,结果精确高效,可以运用于实时成像系统.     

水中气体目标的多波束声呐成像与检测算法

随着海底输气管道的使用日益增多,对输气管道泄漏的检测刻不容缓。文中提出一种基于多波束声呐的水中气体目标成像与检测算法。成像算法以MVDR(minimun variance distortionless response)波束形成算法为核心,归算水体位置信息和反向散射强度信息后实现对水体目标的声呐成像。对声呐图像采用基于数学形态学的边缘检测算法检测目标边缘,判断气体目标有无。通过水池试验结果证明,文中提出的算法流程能够有效地实现水中气体目标的成像与检测,具有较好的工程应用前景。     

基于前视声呐的水下移动障碍物运动参数预测

针对水下未知环境中移动障碍物的运动速度预测,提出一种基于多波束前视声呐预测方法.首先,对多波束前视声呐采集的障碍物三维点云数据进行滤波处理,并采用并行搜索树算法进行数据分块处理以分离出单个障碍物.然后,分别计算声呐每一采样时刻障碍物虚拟质心位置,并修正由无人潜航器船位差所产生的虚拟质心位置变化;建立自适应神经模糊推理系统模型,根据输入的虚拟质心位置依次预测移动障碍物的速度和方向角.最后,进行Matlab仿真实验,仿真结果表明:基于前视声呐探测数据获取的虚拟质心能够准确反映移动障碍物的运动趋势,基于此的自适应神经模糊推理系统能够准确预测移动障碍物的运动参数.     

频域宽带波束形成算法

宽带线性调频信号应用于相控阵雷达系统时,需采用宽带波束形成处理抑制宽带干扰.宽带波束形成会对线性调频信号的脉压结果造成影响,该文提出一种频域宽带波束形成算法,对数据先做快速Fourier变换再分频率柜进行宽带波束形成,在保证脉压处理性能的同时控制了运算量.该算法的运算量只有滑窗方法的10%左右.仿真结果表明: 该算法能有效地进行宽带波束形成抑制宽带干扰、保证脉压结果的性能.该算法更适合实时性要求高的相控阵雷达应用中.     

智能天线中的波束形成算法

首先介绍了智能天线的发展和研究现状，智能天线能够自适应地跟踪用户信号，抑制干扰，增加通信容量，提高频谱复用率，在第三代移动通信系统中占有重要地位.作为智能天线的核心技术之一，波束形成算法引起了众多学者的广泛关注。着重讨论了智能天线中波束形成的各种算法，根据算法对信号处理方式的不同，把它分为三大类,并对其中比较典型的算法进行了讨论。最后，对波束形成算法中的一类比较重要的盲波束形成算法进行了分类介绍。     

水下航行器自由视角探测的多波束声呐仿真

针对水下航行器运动与水下声学感知过程中因多因素强耦合导致相关联合仿真模型缺失问题,提出一种适用于水下自由视角探测的运动位姿和声呐图像高逼真耦合仿真方法．首先建立多波束图像声呐几何模型,并提出声呐视域简化方法,实现声呐图像快速生成;其次建立水下地形、航行器路径和探测视角耦合的自由扫测模型,实现水下自由视角扫测与成像;最后针对声呐图像干扰的高逼真仿真问题,提出一种基于实测数据拟合的结构化噪声和回波重影建模方法,进一步提高仿真声呐图像的逼真度．实验结果表明：该模型能够有效实现水下航行器自由视角扫测过程的位姿和声呐数据组合仿真,生成具有一定逼真度的多波束声呐图像．     

基于小波变换的智能天线波束形成算法

提出一种基于小波变换的智能天线波束形成算法(WL-SMILMS)。该算法采用小波函数将夹杂干扰噪声的来波信号变换在多尺度频域,对高频部分采用采样矩阵求逆算法(SMI)进行权矢量更新,对低频部分采用最小均方误差算法(LMS)进行权矢量更新,用两部分融合后的权矢量更新滤波器抽头权值,实现数字波束形成。该算法克服了SMI算法计算复杂度高、旁瓣偏高的缺点,比LMS算法具有更好的收敛性,实现了收敛率和计算复杂度的高度兼顾。     

基于LabVIEW的多采样率数字滤波器1/3倍频程计算方法

利用多采样率数字滤波器法计算噪声1/3倍频程谱在硬件上设计困难。因此为降低设计的难度,提出基于LabVIEW实现多采样率数字滤波器法计算1/3倍频程。信号首先通过抗混叠滤波器降低信号频谱混叠,然后经过降采样减少数据计算量,最后利用数字带通滤波器实现通带内信号的能量衰减并进行均方根计算得到1/3倍频程谱值。通过Lab VIEW设计出FIR抗混叠滤波器和8阶巴特沃斯IIR数字带通滤波器,并在此基础上结合声卡搭建噪声分析系统完成1/3倍频程计算。结果表明,所设计的系统能快速准确地计算1/3倍频程谱值,得到理想的低频处频谱分析。     

波束空间两种自适应干扰抵消算法的研究

本文介绍了多个干扰波束进行窄带PIC处理的两种算法:GE(梯度估计算法)和RMGSEF(克莱姆-施密特修正递归误差反馈算法).利用海试数据计算了这两种算法的学习曲线和输出平均功率波束图.并和理论结果进行了比较,研究了RMGSEF算法的收敛特性与空间采样、时间采样的关系.结果表明:RMGSEF算法是收敛快、抵消性能好,便于PIC实现实时处理的最好算法.     

基于信道状态信息反馈的特征波束形成算法

在多输入多输出通信系统中,为了有效地降低系统的误符号率,提出了一种特征波束形成算法。在假设接收端能准确地完成信道估计,并能及时将信道的互相关矩阵反馈到发射端的基础上,研究了接收和发射均采用多天线的特征波束形成算法,对其性能进行了详细的分析和推导,并在此基础上研究了波束形成与空时块码的结合以提高系统的频谱利用率。计算机仿真结果表明,在接收端采用多根天线相对于单根天线能明显降低系统的误符号率。特征波束形成算法通过同时提供波束形成增益和分集增益位置,有效地提高了系统性能。     

基于TMS320C6416DSP的高频图像声呐算法的实现及优化

介绍了波束形成算法的计算特点和系统的软件设计流程.并结合开发工具TMS320C6416DSP的硬件结构特点和波束形成算法的计算特点,详细阐述了在实现高频图像声呐系统的过程中所作的软件实现及优化工作.优化后的代码在系统硬件上运行的实验结果表明,优化效果明显,程序工作稳定.     

基于多波束声呐图像的长江河道底质识别与分类

基于多波束对长江河道底质分类关键问题进行了研究，对多波束反射强度数据进行改正并对多波束声呐图像进行预处理，采用灰度共生矩阵对底质反向散射强度图像进行纹理特征提取，最后将提取底质图像样本作为自组织特征映射神经网络和随机森林两种分类方法的训练数据，使用训练好的预测分类模型对反向散射强度图像进行全图底质分类.实验结果表明，SOM与随机森林分类方法的总体分类精度分别达到了82.5%与85.4%，对底质声呐图像实现了较好的预测分类效果.     

基于多DSP的自适应数字多波束形成的并行算法及其实现

在深入研究自适应DBF（数字波束形成）算法的基础上,针对由TigerSHARC201处理器构成的多DSP并行处理系统,提出了一种基于自适应数字多波束形成的并行处理算法。笔者给出了该算法在多DSP并行处理系统上的算法映射,基于此映射方案,比较了SMI、HTP和MTP三种典型DBF算法,并对MTP算法进行了改进。系统试验证明了该并行处理算法具有很好的并行性及实时性,且改进的MTP算法的性能较传统MTP算法有显著提高。     

基于压缩感知的波束选择算法研究

针对大规模毫米波多输入多输出(MIMO)数字波束成形射频链多、成本高且功耗大等难题,研究了低硬件复杂度和功耗的混合波束成形算法,基于第三代合作伙伴计划(3GPP)的TR 38.901 V16.1.0构建了毫米波无线信道仿真模型,以系统“和速率”最大化和总发射功率最小化为优化目标,获得了基于压缩感知的波束选择算法。仿真结果表明：本文所研究基于压缩感知波束选择算法的混合波束成形系统“和速率”随着用户数K近似对数增长。系统“和速率”会受到多用户干扰的限制,在信噪比为10 dB且用户数K较大时,波束选择算法比全数字多用户波束成形算法的系统总发射功率高约2 dB,但波束选择方案有着较低的系统复杂度。     

便携式三维成像声纳的非网格化稀疏阵列技术

为降低便携式三维成像声纳系统的硬件开销,同时保证阵列的波束性能,提出了一种非网格化阵列稀疏方法.该方法基于十字型阵列,在模拟退火算法中加入阵元位置扰动,以实现对十字型阵列的非网格稀疏优化,降低阵元数量;引入多频发射和并行子阵接收波束形成算法,构建模拟退火算法中新的能量函数,以保证十字型稀疏阵列具有成像实时性以及较低的计算需求.最后利用该方法对100+100的十字型阵列进行稀疏优化.实验结果表明,该方法获得的非网格化稀疏阵列能够获得预设的波束性能,并具有成像的实时性和较低的计算需求;与现有文献相比,在保持相同波束性能的条件下,该稀疏阵列具有最少的阵元数量.     

嵌套复合阵恒定束宽波束形成的多率实现方法

提出一种嵌套复合阵恒定束宽自适应波束形成的多率子带实现方法.复合阵以处理一倍频程的多个均匀间距的线性子阵嵌套组成,多率子带的实现以通用参数滤波器组为基础.每个子阵根据所处理的子带信号带宽不同而选择不同的加权数目.这种结构的阵列处理器不仅实现了将宽带信号分解成多个较窄的子带信号来并行处理,还使每个子阵工作在较低的采样速率下,降低了处理器算法的运算量,提高了波束形成器的权值更新速度.仿真结果表明,此结构的处理器能实现恒定束宽波束形成.     

导航接收机数字化射频前端的设计与验证

针对传统导航接收机射频前端在实现多频点信号接收时复杂度高、灵活性差的问题,提出了一种基于直接射频采样的数字化射频前端设计方法．该方法针对整个导航频段信号主要集中在低频和高频2个频段的特点,将这2个频段视为2个整体的带通信号,通过多带通信号采样率选择算法选定射频直采的采样率;由于采样率较高,设计了一种滤波抽取网络来降低数据速率,它利用了射频直采专用A／D可输出半采样率数据的特性,最终实现了各频点导航信号的下变频和分离．该设计方法只需修改软件就可实现多频信号接收,使得系统灵活性大大增加．实验证明该方法是有效的．     

闭环MIMO-OFDM系统中基于插值的发送端波束形成技术

在采用发送波束形成和最大比合并的闭环MIMO—OFDM系统中,分组算法虽然可以有效地减少系统的反馈量,但系统性能却有较大损失。本文提出了一种基于插值的发送端波束形成方案,使用插值方法在发送端计算所有波束形成矢量。仿真结果显示,基于插值的波束形成算法性能优于分组算法的性能,在减少了系统反馈量的同时,最大限度地保证了系统的性能     

基于虚源的延时乘累加波束形成算法

为了提高超声虚源次序波束形成的成像分辨率，提出一种基于虚源的延时乘累加波束形成算法，即VS-DMAS(delay multiply and sum beamforming based on virtual source)算法.该算法将DMAS的思想引入虚源次序波束形成的第二阶段，利用DMAS算法中相乘耦合运算的特点，充分考虑信号之间的相干性，以抑制低回声区域伪影的产生，提高超声成像的分辨率和对比度.对该算法进行了点目标仿体仿真以及实体数据成像实验.结果表明，相较于常规的聚焦方式，VS-DMAS算法具有更低的旁瓣和更窄的主瓣，能够更好地将点目标从背景噪声中分离出来，随着深度的增加，依然有着较高的成像分辨率.且随着算法中p值适当增大，成像分辨率和对比度均有一定的提升.