基于稀疏阵列和压缩感知理论的艇载雷达运动目标成像研究

为了解决稀疏阵列艇载雷达运动目标成像问题,提出了基于稀疏阵列和压缩感知理论的运动目标成像方法,该方法对采用传统MTI进行杂波抑制后的信号,在距离向采用脉冲压缩处理方式,在方位向根据稀疏阵列构型和脉冲压缩后信号形式,构造基矩阵,利用压缩感知理论对目标进行重建,避免了稀疏阵列旁瓣和积分旁瓣比较高的问题.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于多目标风驱动优化的机会阵雷达波束形成

针对机会阵雷达发射波束的多目标优化问题,提出了一种基于二进制多目标风驱动优化算法的波束形成方法.以均匀多同心圆环阵列特性为基础,建立了发射信号的模型和目标优化函数.基于改进的多目标风驱动优化算法,实现了机会阵雷达圆阵的波束形成,即同时优化3 d B主瓣波束宽度和旁瓣电平.仿真表明:与基于传统粒子群算法(PSO)的波束形成性能相比,在使用更少圆阵阵元的情况下,本算法具有较低旁瓣和更窄的主瓣.     

基于改进交叉熵算法多目标不等间距阵列综合

将模糊C均值聚类算法与传统交叉算法相结合,提出改进交叉熵算法.利用该算法成功完成阵元个数分别为6、8、10、12不等间距阵列综合,解决了不等间距阵列综合中峰值旁瓣电平和波束宽度的多目标优化问题,得到了对应情况下不等间距阵列的峰值旁瓣电平和波束宽度的平衡曲线.优化结果表明,给定波束宽度,阵元个数相同的不等间距阵列的峰值旁瓣电平比均匀阵列下降近30%.在均匀阵列超出截止间距时,可以更加有效准确地找寻峰值旁瓣和波束宽度的折中点.     

基于波束形成的三维传声器阵列仿真

为研究基于传声器阵列的声源定位技术在户外环境下实现全方位、高效、便捷的声源信号定位,通过使用波束形成声源定位算法,在考虑传声器阵列的拓扑结构特性下,对各个三维阵列进行声源定位数值仿真。为验证不同阵列的传声器阵列定位效果,基于波束形成算法使用Matlab对相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列声源定位进行仿真。结果表明：相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列定位声源点的定位精度存在不同的差异,且基于波束形成的三维旋排球阵列传声器阵列在全方位声源定位中结果精确度最高。可见设计传声器阵列时,应该要充分考虑到阵元个数、阵列孔径的大小及阵元间距对阵列声源定位的影响。     

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。     

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.     

基于蚁群算法的子阵级自适应多波束形成

在大型阵列信号处理中,可以在子阵级进行数字波束扫描形成多波束,降低硬件成本和系统复杂度,其中子阵划分的优劣直接决定信号处理的性能.针对子阵级多波束形成的问题,提出了一种基于蚁群算法的子阵划分最优策略,该策略将蚂蚁的迁移路径作为子阵划分方案,以峰值旁瓣电平为优化目标进行迭代搜索,使得子阵级自适应形成多波束方向图的旁瓣性能...     

陆架斜坡海域水平阵波束形成阵增益仿真分析

陆架斜坡海域海洋环境复杂多变,水下声基阵在该海域实际应用时,阵元接收信号的幅度和相位会发生畸变,阵元间信号相关性减弱,会带来波束形成器阵增益的严重下降,进而导致声呐探测性能的损失.目前陆架斜坡海域不同波束形成器阵增益的研究较少见,本文在各向同性噪声场假设条件下,针对陆架斜坡海域上坡波导环境中水平阵的常规波束形成器(CBF)、最小方差无失真响应波束形成器(MVDR-BF)和特征值波束形成器(EBF)的阵增益进行仿真研究.结果表明:(1)CBF和MVDR-BF的阵增益均与声场水平纵向相关性有关,当水平阵的阵元个数超过一定值时,两种波束形成器的阵增益均不再随着阵元个数的增加而增大;(2)EBF的阵增益由信号协方差矩阵最大特征值与其所有特征值之和的比值决定;(3)当接收数据信噪比为.10 dB时,MVDR-BF的阵增益高于CBF,但两者均小于EBF的阵增益.     

基于压缩感知和约束随机线阵的声源方位估计

为解决声源方位估计中因阵元个数受限导致角度分辨率低的问题,提出以多约束均匀分布线性随机阵列为基础的随机线阵压缩感知(MC-Uni-RLA+CS)声源方位估计方法。研究了在不同信噪比、不同入射信号个数情况下本方法的识别精度,比较了均匀线阵压缩感知(ULA+CS)方法和MC-Uni-RLA+CS方法在不同入射角度范围内的识别精度。通过数值仿真与同类方法对比验证了该方法的有效性和优越性。结果表明:相同麦克风数量条件下,与CBF、MVDR、MUSIC和ULA+CS方法相比,MC-Uni-RLA+CS方法在低信噪比情况下分辨率更高,完全正确角度识别范围拓宽为[-50°,50°],且低噪比时鲁棒性好。     

基于十字型阵列的多频发射波束形成算法

针对平面接收阵阵元数量庞大导致的水下三维声学成像系统硬件开销和计算量过大的问题,提出了一种基于十字型阵列的三维声学成像的多频发射波束形成算法.该算法将发射波束方向划分为多个扇面,在每个扇面内依次向各波束方向发射不同频率的扇形波束信号,将发射次数从波束数减少到扇面数,从而缩短了扫描时间.仿真实验和计算量分析表明,文中算法能够获得与平面接收阵直接波束形成算法相同的波束性能,并且大幅降低了阵元数量和计算量.实际水下试验证明了该算法能够满足水下三维声学成像的实时性需求.     

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.     

不同类型的平面相位共轭阵聚焦点声源研究

针对不同类型的平面相位共轭阵聚焦效果不同的问题,通过理论分析和数值仿真讨论了圆周阵、十字阵和矩形阵聚焦自由场点声源的特点,并进行试验验证.测量声压采用单极子阵发射,测量振速采用偶极子阵发射.在距离声源的极近距离、近场和远场处,三种平面阵在相同的阵列尺寸、相同的阵元个数和相近的阵元间距的情况下,通过数值仿真对比其聚焦的空间分辨率和旁瓣干扰的情况.结果表明:在近场和远场中,以测量振速采用偶极子阵发射的圆周阵聚焦效果最好;极近距离处,以测量声压采用单极子阵发射的圆周阵聚焦空间分辨率最高,但旁瓣干扰最大;扩大圆周阵和十字阵的阵列尺寸能够提高其聚焦的空间分辨率.     

一种采用旁瓣增强的麦克风阵列抗混响算法

在音频/视频会议、人机交互、语音识别等领域,严重的混响干扰导致麦克风阵列语音处理性能急剧下降.针对现有逆滤波等抗混响方法需要获得准确的房间传输响应,而波束形成方法抗混响性能有限的问题,基于广义旁瓣抵消器(generalized sidelobe canceller,GSC)结构提出一种采用旁瓣增强的麦克风阵列抗混响算法(Sidelobeenhanceing reverberation mitigation algorithm for microphone array,SERM).该算法首先进行波束形成,初步获得增强的直达语音信号,并对旁瓣获取的混响分量进行自适应迭代增强,再将旁瓣迭代增强的误差信号作为参考噪声进行自适应噪声抵消,最终输出抗混响语音.实验结果表明,在混响环境下该方法能有效改善麦克风阵列的语音信号质量.     

线阵阵元间距和宽度对波束指向性的影响

基于阵元尺寸及间距变化对超声波束指向性的影响,分析了阵列换能器的指向性特征.针对要求波束指向特性指标严格的阵列换能器,研究了其阵元宽度和间距的变化对波束指向性的影响.结果表明,阵元尺寸差异对主波束的宽度无影响,增大阵元宽度可以增大声压幅值并提高接收信号的信噪比.阵元宽度和阵元间距同时变化对波束的指向性影响较大.经过对部分阵元间距及宽度变化的阵列换能器指向性的仿真实验,说明理论分析是可行的.     

频率扫描阵列的ISAR成像技术

逆合成孔径雷达（ISAR）需要发射宽带信号,在与频率扫描阵列联合应用时,由于频率扫描阵列各阵元间馈线产生的相位差不能匹配发射或者接收信号频率的变化,因此该阵列在进行ISAR成像时对信号瞬时带宽有较大的约束。针对上述问题,论文将频率分集成像技术应用在频率扫描阵列上,通过不同时刻发射不同频率单频信号合成宽带,并且频率变化适用于频率扫描阵列的波束指向调节。该方法既能形成波束指向目标,又可以克服频率扫描阵列发射宽带信号时的限制,完成ISAR二维成像。在建立该方法的基础上,还针对阵列参数与目标航迹参数等对成像的影响进行了分析。结果表明,所提的频率分集ISAR成像技术,可在频率扫描阵列上实现对运动目标的二维成像。     

利用单次快拍数据自适应处理的最小二乘算法

针对直接数据域最小二乘算法存在有效阵列孔径损失及自适应方向图旁瓣电平较高等不足,提出一种利用单次快拍数据进行自适应处理的改进算法.该方法基于直接数据域最小二乘箅法所得的权值,构造出一个变换矩阵,并对阵列接收的单次快拍数据样本进行预变换处理.形成子阵级输出后.根据噪声增益最小化准则,对各子阵进行自适应波束的形成,从而充分利用了所有阵元信息,不仅提高了有效阵列孔径,而且明显改善了阵列抑制严重非平稳干扰的性能.计算机仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于多振元的智能波束形成技术研究与仿真

智能波束成型技术是第三代移动通信系统中的关键技术之一,智能波束成型技术引入空分多址方式,利用信号不同的空间传输路径,将相同频率、相同时隙、相同地址码的信号区分开来,有效地增大了系统容量,最大限度地利用有限的频谱资源。本文对阵列天线多阵元的智能波束成形模型进行了仿真,并分析了其影响。     

振动噪声影响下的舷侧阵信号检测方法

针对振动噪声影响下的舷侧阵声纳的信号检测问题,提出了一种基于时域加窗的信号检测方法.从波束输出信/干噪比(S/INR)变化角度,定量地分析了阵列信号频谱旁瓣泄漏对常规宽带最小方差无失真响应(MVDR)信号检测能力的影响,并指出在近场强干扰影响下,选用具有更低旁瓣的窗函数进行数据截断更有利于提高宽带MVDR的信号检测能力.仿真和实验数据分析结果表明,所提出的方法有效,且最小可检测S/INR较普通宽带MVDR降低约6 dB.     

节点本振误差对分布式发射波束形成性能的影响

采用核密度估计方法,对存在本振误差时的分布式发射波束形成(DTBF)性能进行统计分析.考虑存在载波初始相位偏移、载波频率偏移、相位噪声等3个偏差项,推导了对应的任意阵平均波束图和互补累积分布函数的理论表达式,并选用衰减因子和波束图特征参数分析本振误差对远场波束性能影响.理论分析和模拟结果显示,本振误差会导致DTBF性能出现衰减,并使合成波束图的平均主瓣水平下降,主瓣变宽,旁瓣区域扩展,波束图出现高旁瓣.随着时间的增长,本振误差累积增大,所致性能衰减增大,聚集到目标方位的能量减少.     

一种随机稀布MIMO雷达的旁瓣抑制方法

随机稀布MIMO雷达由于空间阵元的缺失,对回波信号的空间采样严重不足,其合成的发射-接收波束中存在大量高电平旁瓣,影响目标峰值的检测以及掩盖微弱目标。利用随机稀布MIMO雷达所合成的发射-接收波束图中最大幅度所对应的方位角,重构当该方位角上存在目标时的波束旁瓣值;然后在原始归一化发射-接收波束图中对消该重构旁瓣值。如果存在真实目标,可形成低峰值旁瓣的发射-接收波束方向图;反之,最终波束图的峰值主旁瓣比与原始波束图相差不大,表明无目标存在。在发射和接收阵元数较少以及发射信号总带宽较低时能有效抑制随机稀布MIMO雷达的波束旁瓣,仿真结果验证了方法的有效性。