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.     

基于DSP的直线阵列数字多波束形成的原理及实现

介绍了一种利用多DSP实现基于直线阵列的数字多波束形成方案，通过对直线阵列的特征和数字多波束形成原理的阐述，并结合TI公司TIS320F206硬件的特点利用单波束准实时叠加的方法实现了数字多波束形成的信号处理目的，实验结果表明，采用此种方法多波束形成速度快，扩展性能好．     

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.     

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.     

基于类 1-3-2 型压电复合材料高频水声相控阵换能器研究

对基于类1-3-2型压电复合材料的高频相控阵换能器进行了理论分析和实验研究.通过切割与填充去耦材料制作类1-3-2型压电复合材料,并对类1-3-2型压电复合材料的基元进行布阵,在二维方向上形成4个子阵.通过对子阵适当相移,抑制主瓣和保留栅瓣,在空间上形成所需的发射与接收波束.实现了通过一个多元平面阵列形成4个所需的指向性波束,测速时避免了声学补偿.与传统使用4个活塞型收发换能器形成指向性波束的方法相比,相控阵换能器的几何尺寸显著减小.研究结果表明,基于类1-3-2型压电复合材料高频水声相控阵换能器具有高发射响应,宽频带,波束一致性好,结构紧凑,制作工艺简单可靠等优点.     

基于遗传算法的天线波束方向主瓣位置控制的研究

天线波束方向形成是智能天线中的一项重要技术。经典的波束形成算法多涉及复杂的矩阵运算且收敛速度慢。因此本文提出将遗传算法应用于阵列天线波束形成中,并以一维均匀直线等幅天线阵波束方向主瓣位置控制为例进行仿真研究。仿真结果验证了遗传算法在得到满意解情况下,运算更加简单收敛速度快。实际应用表明,基于遗传算法的天线波束方向形成技术是切实可行的,且具有很好的推广潜力。     

医用超声阵列换能器波束容差分析与变迹处理

用指向性函数研究了医用超扬阵列换能器在具有幅度误差、相位误差及阵元失效情况下的波束特性,提出并应用幅度加权变迹处理、相位变迹处理和孔径变迹处理方法来改善阵列换能器的波束指向性。计算结果表明：相位误差和高斯分布幅度误差使瓣增大、栅瓣增多、波束特性变差,它们对声场特性的影响由误差的大小及分布情况共同决定。幅度加权变迹处理和孔径变迹处理都可以有效地抑制旁瓣,改变指向性;一个恒定孔径发射,可变孔径接收超声     

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。     

智能天线系统中基于频率转换的最优波束形成

针对采用频分双工(FDD)方式的智能天线系统,文中提出了一种基于频率转换、无需波达方向(DOA)估计的波束优化算法,解除了频率差异的约束,使得下行波束优化可以直接使用上行接收的阵列响应协方差矩阵.结合FDD的CDMA智能天线系统,还给出了一套无需DOA估计的下行最优波束形成算法的实现方案.     

基于圆形活塞声源的椭圆形阵列的指向性研究

构建了基于圆形活塞声源的椭圆形阵列,利用Bridge乘积定理计算了阵列的指向性表达式,采用控制变量法并利用Matlab软件对其指向性进行可视化和分析,得出了该阵列的指向性随阵元的数目、椭圆阵列的短半轴、长半轴、波数等参数的变化特点.为椭圆形阵列的设计提供了参考,有一定的实际意义.     

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.     

一种均匀直线阵智能天线波束方向图仿真

分析了一种均匀直线阵智能天线模型,研究了其工作原理及波束形成技术,并用MATLAB软件对波束方向图进行仿真,结果表明,通过调整加权因子,可以使主波束指向水平面任何方向.     

Frequency invariant beamforming via jointly optimizing spatial and frequency responses

An approach to designing broadband frequency invariant beamformer based on finite impulse response (FIR) filters via jointly optimizing the spatial and frequency responses is proposed. The beam responses are jointly optimized to satisfy both spatial and frequency domain specifications by designing a bank of FIR filters corresponding to the input channels. It minimizes the maximum error between the designed beam pattern and the desired one in the mainlobe area over the working frequency band, and guarantees the sidelobes in the passband and the beam magnitude responses in the stopband to be below some given threshold values. White noise gain constraint is used to improve the robustness of the beamformer against random errors. The beam patterns are expressed as a linear function of FIR filter impulse responses, and the design problem is formulated as the second-order cone programming (SOCP), which can be solved efficiently via the well-established interior point methods. Results of computer simulation and lake-experiment for a twelve-element semicircular array demonstrate superior performance of this approach in comparison to the existing approaches.     

Frequency invariant beamforming via jointly optimizing spatial and frequency responses

Inbroadbandarraysignalprocessing ,thespec tralcharacteristicsofthetargetaremostlyusedintargetdetectionandtargetclassification .Sincetheradiatednoiseofthetargetgenerallyspreadsoverawidefrequencyband ,distortioninthepowerspec trummightappearifthebeamformerresponsevarieswithfrequency .Theso calledfrequencyinvariantbeamformer (FIB)techniqueisrequiredasaremedy .AnFIBisabeamformerinwhichtheresponseisap proximatelyconstantoversomedesignbandwidth .InRef .[1],anapproachtodesigningbroadbandbeamformer…     

频率分集阵列雷达研究进展

 与相控阵通过阵元之间的相差控制波束指向不同,频率分集阵列（FDA）雷达通过在阵元间引入频差的方式可以实现更高自由度的波束控制。概述了国内外频率分集阵列雷达的研究进程,重点从阵列结构及方向图解耦技术、电子反对抗技术应用、电子对抗技术应用等方面梳理并分析了FDA当前的国内外研究现状。在此基础上,针对基于解耦的FDA非时变波束控制、基于FDA的电子战技术以及基于FDA雷达实用化研究等后续亟待解决的关键技术难点问题展开分析。分析得出,要实现基于FDA的实战化应用,需要得到可行的非时变FDA距离-角度解耦波束控制方法,并开展基于FDA结构分析、发射波形设计和频控函数设计的综合应用研究,从而推进目前处于概念系统设计阶段的FDA雷达的实战化应用进程。     

三维空间下的射频识别标签防冲突算法

结合射频识别（RFID）系统的工作特点,在给出适用于该系统的面阵多波束实现方法基础上,提出了一种防冲突算法该算法采用平面阵列天线,通过数字多波束形成算法控制加权系数,将三维空间划分为多个波束方向,并同已有基于时分多址（TDMA）算法相结合,实现对在阅读器的识别范围内大量密集分布的标签进行快速准确识别的目的．此外,在实现多标签识别的同时,该算法还引入二次波束形成策略,以解决波束之间的重叠碰撞问题．实验表明,本算法可将识别效率提高65％以上     

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.      

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。