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.     

多任务学习的稀布线阵方向图综合

提出一种基于多任务学习的线阵阵元位置与激励的联合稀疏优化方法。该方法可以在先验知识不足的情况下,从目标方向图中获得更多的特征信息,并将阵列天线稀疏优化问题转换成为稀疏矩阵的线性回归问题。通过稀疏向量支撑区的识别,将欠定的导向矢量矩阵方程转换为超定的特征矩阵方程的求解,在实现阵列方向图逼近的前提下,对阵元的激励与位置进行联合稀疏优化。仿真结果证明,该方法在优化阵元激励和位置的同时,实现了对天线阵列功能方向图波束的有效赋形。     

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.     

深空探测天线快速扫描方法

针对深空探测中地面站的窄波束天线对深空探测器的捕获问题,提出了在粗轨道预报情况下集馈源阵列电波束扫描和反射面机械扫描于一体的多波束-螺旋快速扫描方法。该方法将馈源阵列布置在反射面的焦平面进行馈电,利用物理光学法对每个馈源激励反射面产生的次级远场方向图进行计算、分析,应用共轭场匹配技术在一定空域同时形成多个正交电扫波束,结合天线反射面的螺旋机械扫描对指定空域进行搜索。最后,对提出的多波束-螺旋扫描捕获方法与传统螺旋扫描方法的性能进行比较分析,结果表明:利用阵列馈电的多波束反射面天线具有更广的可视范围,在更短时间内完成对指定空域的搜索,实现对深空探测器的捕获的同时获得了阵列增益,使更远的深空探测成为可能。     

传声器阵列近场波束算法鲁棒性研究

传声器阵列近场波束算法一般都以理想的声场模型进行参数优化,而理想模型在实际应用场景中会受到较大的干扰.本文通过房间声场模型分析阵列在近场的干扰分布,并讨论不同的干扰分布模型对鲁棒性近场波束算法性能的影响.论文还进一步通过仿真和实验比较了几种较为通用的鲁棒性阵列算法的性能.     

基于混合整数有向差分进化算法的平面麦克风阵列几何优化

针对多约束条件下阵列优化过程中运算复杂和波束指向固定的问题,本文提出一种基于混合整数有向差分进化(MIDDE)算法的综合方法。首先,通过几何变换减少优化目标数量,缩小寻优空间,降低运算复杂度;其次,对差分进化(DE)算法的变异过程引入随机选择与排序策略,提高搜索速度与精度,并改进边界约束处理方式,提高边界搜索能力。最后,用MIDDE算法优化基于正则化稳健超指向波束形成器的目标函数。仿真结果表明,在白噪声增益(WNG)受约束的情况下,优化阵列可在宽波束指向角范围内获得较高的方向性因子(DF),且显著高于相同阵元数的规则阵列,该方法可有效提高阵列性能。     

基于矩阵空域预滤波的近场聚焦波束形成

为解决因为强辐射噪声源(判为干扰)的存在影响对弱辐射噪声源(判为目标)的检测和参数提取,甚至得不到弱辐射噪声源声图的问题,提出了一种基于矩阵空域预滤波处理的近场聚焦波束形成方法.通过设计一个空域的矩阵滤波器对水听器阵列数据进行矩阵处理,抑制指定范围内的强干扰信号,且尽量保证其他感兴趣范围内的信号无畸变通过.通过水面舰船辐射噪声声图测量的具体实例来说明该方法对系统性能的改善效果,仿真结果表明:该方法提高了对弱辐射噪声源的探测和定位能力,优化了聚焦波束扫描声图质量.     

基于时间反演的运动阵列远场功率合成

首先从理论上分析了时间反演技术运用于运动阵列近场功率合成的可能性及存在的难点和问题建立了基于时间反演技术的运动阵列远场功率合成数学模型。基于此模型,通过对信标信号从不同方向入射情况下的回溯信号波束指向进行仿真,证实了阵列辐射的TR信号可以实现自适应回溯并且比传统相控阵方法形成的合成波束能量更加集中;通过仿真获得单元天线设置为全向天线和有方向性天线时的合成信号主瓣波束3dB宽度,排除了由于阵列与目标点间的相对切向运动导致目标点脱离合成波束主瓣波束覆盖范围的可能性;分析了随机相位误差和波束指向误差对合成效果的影响,仿真结果表明:随机相位误差对回溯信号合成波束指向影响很小,但对信号的合成效果存在一定影响,由信号多普勒频移引起的波束指向误差对信号的自适应回溯影响很小。所得结论可为时间反演技术在远场功率合成的实际运用提供一定的理论依据。     

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.     

一种高精度的近场与远场混合源定位算法

提出了一种高精度的近场和远场混合信号源定位算法．此算法利用混合源阵列流形的对称性特点,从阵列流形里分离出到达角（directionofarrival,DOA）信息,并实现对所有近场与远场信号源DOA的估计．基于得到的DOA估计值,根据近场与远场源距离参数位于不同区间的特点实现对近场及远场源的分类,以及对近场源距离参数的估计．此算法由于充分利用了数据协方差矩阵的信息,并且基于多项式根值方法形成了一个统一的DOA估计器,所以获得了一个高精度的DOA估计性能,且进一步提高了近场源range参数的估计精度．此外,此算法不需要构造高阶累积量,不需要进行二维搜索,不需要进行参数配对;所有的实现过程仅需一维搜索,计算量小,实现简便．数值及与现有算法的对比实验验证了所提出算法的有效性及优越性．     

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。     

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.     

大足鼠耳蝠嘴巴张角辐射声场的数值研究

大足鼠耳蝠在导航和探测空间物体方位和距离的回声定位过程中,通过嘴巴发出超声波,并不断改变嘴巴张角的大小.利用微型X射线断层扫描仪得到大足鼠耳蝠的头部断层图像,对图像进行高斯滤波和二值化处理,利用三维重构技术获得原始头部结构的三维数字模型,通过数字形变方法得到不同嘴巴张角的头部模型,最后利用数值方法对各个数字结构进行声场计算,得到近场声压幅度分布图和远场辐射波瓣图.研究结果表明:大足鼠耳蝠可以通过改变嘴巴张开的角度来调整发射声场的方向性.在一定的张开角度下,辐射声波的频率越高,辐射波束的方向性就越强,而在一定的频率下,辐射波束的方向性随着嘴巴张开角度的增加而增加.大足鼠耳蝠通过调节嘴巴开合的角度改变辐射波瓣图,以提高其在飞行和捕食过程中的定位能力.     

一种新的求解优化问题的混合粒子群算法

将粒子群优化算法与一种自适应局部搜索算法相结合,提出了一种新的混合粒子群优化算法,使粒子群算法寻优过程中的全局搜索能力和局部搜索能力良好平衡;采用了典型函数和模糊神经网络优化问题对算法性能进行测试,并与其它方法进行比较.实验结果表明,这种混合粒子群优化算法能获得质量更好的解,具有较高的收敛性,特别是在高维复杂函数优化上具有很强的竞争力,其性能大大优于单一的优化方法.     

一种新的求解优化问题的混合粒子群算法

将粒子群优化算法与一种自适应局部搜索算法相结合,提出了一种新的混合粒子群优化算法,使粒子群算法寻优过程中的全局搜索能力和局部搜索能力良好平衡;采用了典型函数和模糊神经网络优化问题对算法性能进行测试,并与其它方法进行比较.实验结果表明,这种混合粒子群优化算法能获得质量更好的解,具有较高的收敛性,特别是在高维复杂函数优化上具有很强的竞争力,其性能大大优于单一的优化方法.     

K波段平顶波束赋形反射面天线设计

为了获得照射均匀的平顶波束,使用反射面赋形的方法,设计了一款工作在19～22 GHz的单偏置反射面天线.结合Zernike多项式展开法与遗传算法优化反射面形面,采用天线远场照射面特定区域照射电平差值作为目标函数以实现平顶波束.仿真结果表明,赋形后天线方位面方向图在±8°范围内,照射电平波动小于0.6 dB,电平幅度大于20 dBi.     

球谐波域自适应波束形成方法研究

为提高复杂背景下球麦克风阵列测向性能,提出了一种基于自适应理论的谐波域静态方向图数值综合算法.该方法通过球麦克风阵列采集空域远场高阶声场的声压信息,采用球傅里叶变换得到声场谐波项,结合自适应理论静态方向图数值综合方法,迭代得到阵列的最优加权.仿真实验结果表明,该方法提高了对期望声源的探测精度,在一定程度上验证了该方法的有效性.     

基于麦克风阵列多声源定位的新方法

针对传统方法不能准确地测量远场多声源位置的问题,提出了在近场和远场都能用的多声源定位新方法.该方法采用两个L型麦克风阵列,在每个阵列通过多声源的频率及到达角的联合估计求得信号源的夹角,基于每个信号源的夹角对估计多声源的位置.通过仿真实验验证了该方法在近场、远场都能准确地测量多声源位置,通过调节两个L型麦克风阵列之间的距离能得到误差在5%以下的声源定位精度.     

相控阵超声探伤中一维稀疏阵列的优化设计研究

运用Matlab软件,提出一种改进的粒子群算法,对不同的相控阵一维稀疏阵列进行仿真优化分析,计算出能反映成像的空间分辨率和对比度分辨率的阵列方向图,得到了综合声学性能接近参考满阵阵列的稀疏阵列.实验分析表明,粒子群算法的引用能为稀疏阵列提供有效的优化设计.     

基于差分进化算法的圆形口径网格分布面阵的波束优化技术

提出一种圆形口径矩形网格平面阵列和圆形口径三角网格平面阵列的波束优化方法.该方法基于差分进化算法优化阵列的幅度加权,以得到满足指标的阵列远场方向图.将阵列的幅度加权矩阵视为水平向和垂直向2个幅度加权矢量的乘积,相应地将优化矢量的长度由M×N数量级降低为M+N数量级;限定幅度加权在水平向和垂直向基于中心对称,大幅降低了优化迭代次数;采用插值算法,基于优化矢量得到适用于圆形口径阵列的幅度加权矩阵.数值仿真实验结果表明,该方法能快速高效地综合出指标满足要求的阵列方向图,副瓣电平可以达到-35 d B,零陷电平可以达到-60 d B.