基于阵列接收数据重采样的频率不变波束形成器

提出一种具有不随频率变化的波束图的宽带基阵处理方法.该方法只需要使用一个真实阵列,然后通过插值方法产生多个虚拟阵列的输出,最后对这些虚拟阵列输出进行叠加得到整个基阵的输出.其优点是阵元数少、易于实现,且只需用传统的窄带阵列设计方法在参考频率下设计基阵来满足对波束图的要求.仿真结果说明了该方法的有效性.     

基于压缩感知的频率不变波束旁瓣水平优化方法

频率不变波束形成技术属于恒定束宽波束形成,能解决宽带信号中不同频率分量对应的波束响应不一致的问题.针对现有的一类将恒定主瓣宽度作为约束条件的频率不变波束形成方法,当阵元个数确定以后,形成的波束旁瓣水平往往达不到实际需求的问题,借助压缩感知理论,提出了一种改善波束旁瓣水平的新方法.提出的方法引入压缩感知理论(compressed sensing,CS)进行信号的预处理,并利用二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)进行频率不变波束形成.由于压缩感知的恢复算法可以对压缩采样矩阵采集的信号进行精确重构,从而达到以更少的阵元获得相同的波束形成器性能.换言之,在相同的阵元个数条件下,通过阵列虚拟扩展增大了阵列的孔径,提出的方法比基于SOCP的频率不变波束形成方法有更低的旁瓣水平,仿真结果也表明了该方法的有效性,在相关的工程实践中具有一定的参考价值.     

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。     

超声参差宽带阵优化指向特性的计算机模拟

应用声压迭加原理，得到了参差调谐超声宽带基阵换能器的声压响应函数及声压指向特性，并应用波束等价的方法对波束分布的指向特性进行了优化模拟研究．通过对较优波束指向特性进行模拟，可以得到一个具有较优指向特性、布阵合理、阵元频率可参差调谐的宽带阵列换能器的布阵方案，为超声基阵换能器的设计提供了一个新途径．     

相干多径环境下的毫米波大规模MIMO混合波束赋形方案

针对传统全数字域的解相干算法无法直接运用于混合波束赋形场景的问题，设计了一种混合波束赋形下的解相干方案。在模拟域，基于设计的码本波束，提出一种新的模拟波束赋形方案,分别搜索与每个信号方向最为接近的波束，形成波束集合,利用所得到的波束集合，对阵列接收信号分别进行模拟波束赋形得到一级输出。在数字域，提出“阵列信号重构”的思想，对一级输出进行阵列信号重构,将重构信号作为输入，进行空间平滑处理，在相干干扰方向和非相干干扰方向均可形成较深的“零陷”。通过理论分析和仿真，对不同方案的波束方向图、信干噪比、频谱效率等性能进行了研究。结果表明，所提出的混合波束赋形方案的信干噪比和频谱效率等性能几乎逼近于纯数字波束赋形方案。     

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。     

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。     

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。     

一种新的循环平稳盲自适应波束形成方法

循环平稳在阵列信号处理中的应用可以改善传统阵列信号处理方法仅仅利用空域先验信息对阵列误差敏感的缺点。但目前大部分的应用都是基于信号的循环频率已知的前提下进行处理 ,而在盲信号处理中 ,这一前提常常是不满足的。因此有必要研究在感兴趣信号的循环频率未知情况下的循环平稳盲信号处理问题。在现有的循环频率已知的循环平稳盲自适应波束形成方法的基础上提出一种新的盲信号处理方法 ,新方法不需要预先知道信号的循环频率。仿真结果证明了这种方法的有效性     

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.     

一种强互耦阵列天线的校正方法

Vivaldi天线因具备优异的宽带扫描性能,被广泛应用于雷达、无线通信、测向系统等领域.由于Vivaldi天线单元组阵后存在强电磁耦合作用,使阵列方向图失真引起波束指向偏差,影响测角精度.针对相控阵天线单元间由于互耦引起阵列方向图失真,导致阵列天线波束指向产生偏差这一问题,提出了一种基于最小二乘互耦矩阵的相位校准方法对波束指向进行校正,最后采用了一组X波段的16单元Vivaldi阵列天线进行仿真实验.仿真实验结果表明,针对Vivaldi天线阵列在强互耦情况下波束指向存在偏差这一问题,该校正方法可以对该阵列天线波束指向偏差进行有效校正,为工程应用奠定了理论基础.     

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。     

相控阵三维摄像声纳系统的稀疏阵列优化设计

为使相控阵三维摄像声纳系统中的稀疏阵列在整个探测范围内都具有稳定的波束图性能,文中提出了一种兼顾远场与近场的稀疏阵列优化方法.首先通过对近场波束图的分析,构建了一种适合实际工程应用的近场稀疏阵列优化的能量函数,并对该能量函数加以简化,以减少优化过程的计算量,然后利用寻优算法对简化后的能量函数进行最小化寻优运算,从而得到满足近场需要的稀疏布阵结果.为进一步获得适用于远场的稀疏率更高的阵列,对近场稀疏阵列设计的结果进行了二次优化.利用该稀疏优化方法对一个100×100的二维矩形换能器阵列进行优化,并与现有文献方法进行了对比,结果表明文中方法获得的稀疏阵列在远场和近场条件下的各个探测距离都能提供期望的波束图性能,同时保持了与其他方法相近的稀疏率.     

跳/扩频测控信号自适应波束形成方法

为解决跳/扩频测控中阵列天线设计所面临的信号频带宽、空域范围广、干扰强度大等问题,将线性约束法与二阶锥规划方法相结合,得到能够同时满足频率不变、方向不变的波束形成算法.利用二阶锥规划将波束形成器的设计转化为给定频率响应的FIR滤波器设计,针对用于宽带波束形成的FIR滤波器的非线性相位特点,采用最小均方误差准则,使所设计FIR滤波器的频率响应逼近于期望滤波器.通过增加约束条件,使不同空间指向的主瓣宽度基本保持不变,并在干扰方向形成宽零陷来有效抑制宽带干扰.仿真计算表明,在跳/扩频信号的工作频带内,波束方向图能够保持很好的频率不变特性,且在±60°范围内波束方向图的主瓣束宽、增益、零陷与参考波束基本保持一致,能够更好地满足航天测控任务对阵列天线的需求.     

一种阵列天线赋形波束综合优化方法

基于前后向矩阵束研究了阵列天线的方向图赋形问题,提出了一种阵列天线赋形波束综合优化方法.在该方法中,首先确定适当的阵元数目,然后再优化设计激励幅度和阵元位置,最后设计出需要的赋形方向图.在此过程中,先由期望方向图的均匀采样数据构造Hankel-Toeplitz矩阵;然后再对它进行奇异值分解,舍弃不重要的奇异值,得到此矩阵的低秩逼近矩阵;最后基于广义特征值分解求得重构阵列的阵元位置和激励.同时,采用特殊的前后向矩阵来约束极点分布,以保证重构赋形波束方向图的精度可控.仿真实例验证了该方法的快速性和有效性.     

基于伍德沃德-劳森抽样方法的阵列平顶波束综合

为获得高增益和强方向性，阵列天线应运而生，波束赋形技术在降低阵列副瓣电平、扩大阵列角度覆盖范围、抑制干扰等方面具有重要意义。其中，具有平顶形状波束的天线可辐射具有相同增益的波束，实现宽角度覆盖，且伍德沃德-劳森抽样具有方法简单、抽样点少、运算速度快的优势。因此，本文运用伍德沃德-劳森抽样方法对均匀直线阵列进行平顶波束赋形。通过计算抽样点数和抽样点位置，得到激励系数，确定阵元位置，计算出激励电流，从而求得各单元的电流分布，计算出阵列的方向图函数，利用MATLAB编程绘制方向图，并分析其基本特性，同时用控制变量法分析不同参数变化对方向图基本特性的影响。研究结果表明：综合的线阵单元数越多，抽样点就越多，综合得到的方向图就越接近预期，综合后方向图主瓣范围内的波纹起伏越小，副瓣电平越低。此外，定向辐射的平顶波束赋形天线在点对多点的无线通信中发挥着重要作用，也可以应用在车载和机载防撞天线、自动驾驶和飞行器等安全控制中心的核心组件中，市场前景广阔。     

联合波束形成与谱减法的麦克风阵列语音增强算法

考虑到封闭环境的散射噪声场中，传统波束形成方法及单通道谱减法对噪声抑制的局限性，提出一种将波束形成方法与谱减法相结合的麦克风阵列语音增强方法．该方法首先通过波束形成器的空间滤波作用，将波达方向不同的语音信号和噪声信号加以区别，再经过延时补偿单元的相应处理，从而达到衰减噪声的目的，然后采用谱减法对波束形成器输出端的残留噪声进行后置处理．仿真实验结果表明。在小房间混响情况下，与其他方法相比，该方法不仅运算量小。而且具有良好的噪声抑制性能．     

高阶累积量波束形成在DS-CDMA系统中的应用

在研究高阶累积量波束形成算法的基础上，根据多天线直序扩频码分多址系统在同信道移动用户数目较大或处理增益较高的情况下，阵列解扩器输出的多址干扰向量呈现高斯随机分布的特点，提出了一种新的利用高阶累积量进行自适应盲波束形成的方法．该方法充分利用了接收信号的高阶统计特性，降低了运算复杂度，收敛快，能够有效地跟踪期望用户信号，具有无需训练序列、参考信号以及阵列结构先验知识的优点．计算机仿真结果表明该方法的有效性．     

强干扰环境水下运动阵列方位估计的新方法

针对水下存在方位不确定的强干扰源时基于合成孔径技术的多目标方位估计方法失效的问题,提出一种基于稳健卡朋波束形成器(RCB)的波束域处理技术的扩展拖曳阵测量方法(RCB-ETAM).该方法先利用物理线列阵的直线运动特点和水中信号的相干性,通过对不同时段的数据进行相位补偿将物理阵的数据矩阵合成更长孔径的虚拟阵的数据矩阵,然后根据虚拟阵数据和干扰源方位,使用RCB自适应调整虚拟阵元权值在感兴趣的范围内形成若干个波束,每个波束在干扰源方位形成零陷从而减小干扰对波束输出结果的影响,最后将虚拟阵数据转换到波束域,使用常规波束形成方法得到目标方位.仿真结果表明,与ETAM方法相比,RCB-ETAM的抗强干扰能力有了很大提高,在ETAM完全失效的情况下,依然能够给出目标方位的准确估计.     

MIMO阵列宽带发射波束设计

研究了MIMO(Multiple Input Multiple Output)阵列的发射波束设计问题,通过仿真研究比较了几种窄带发射信号设计方法的性能.针对宽带信号发射波束设计问题,在发射能量约束条件下提出了三种宽带发射信号设计的方法:常规最小二乘波束图匹配方法,目标方位互相关系数最小化方法和最低旁瓣方法.通过目标函数和约束条件的等效变换将波束图设计问题转换为半正定锥优化问题,并采用高效凸优化算法求解,有效降低了高维优化问题的运算量.