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.     

二维超声阵列换能器声束控制技术的仿真研究

超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度。二维超声换能器阵列结构岛数字声束控制技术相结合,是现代超声成像系统发展的重要方向。以二维平面矩形超声换能器阵列和二维圆环超声换能器阵列为对象,利甩仿真实验分别测试幕声束聚焦、声束激励、幅度变迹等技术对声束的控制性能。结果表明,灵活的声束控制技术组合可似有效提高二维超声换能器阵列的声束性能,突出声束主瓣,降低旁瓣与栅瓣的影响。     

幅相误差对TD-SCDMA数字波束形成的影响

幅相误差是制约智能天线系统性能的一个重要因素,研究幅度相位误差对TD-SCDMA波束形成的影响是非常必要的。本论述首先建立了8单元线性阵列模型,针对TD-SCDMA的业务波束,利用计算机在matlab环境下分析幅度相位误差对波束旁瓣电平,波束指向偏差,和智能天线增益的影响,为工程实践提供了依据。     

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。     

用于高频地波雷达阵列天线的孤立大目标分层校准算法

高频地波雷达接收阵列不可避免地存在幅度和相位误差,这时天线方向图会产生歧变并使杂波对消算法失效。校准方法有采用辅助信源、建立阵列模型进行参数估计、利用噪声或杂波做为校准源等,缺点分别为成本高、实时性差、不能校准相位误差。针对以上问题,该文提出了孤立大目标分层校准算法。首先将阵列分成若干子阵,然后选取在空域和Doppler域都具有唯一性的大信噪比目标作为校准源,采用改进的噪声子空间拟合法或者相差校准法对各子阵的幅相误差进行校准,最后通过对各子阵误差矢量的融合得到统一的误差矢量,从而实现整个阵列的幅相校准。校准后阵列天线的幅度误差、相位误差和波束方向图旁瓣均显著减小。理论和实践都表明,孤立大目标分层校准算法比传统算法在实时性和精度方面都得到了大幅度的提高。     

声成象水下观察基阵传感系统的随机误差初析

本文叙述了多波束扫描法孔径合成基阵传感系统的原理。并研究了相位、加权幅度的随机变动,对平均功率图形、阵增益、平均付瓣级以及主瓣声轴方向偏移等影响。本文建立了模拟声全息的数学模型。并将计算机模拟的波束图形特性与随机误差理论分析结果进行了比较,获得基本趋向一致的结论。     

频率分集阵列雷达波束的相位方向图特性

研究了频率分集阵列雷达波束的相位方向图特性.由于在各阵元之间引入频率增量,FDA雷达发射方向图,即幅度方向图具有角度-距离的二维依赖性,空间波束指向会随距离变化而发生变化,产生弯曲现象,然而FDA雷达的相位方向图却不具有该特性.本文提出了FDA模型建立法和欧拉公式法并建立了FDA相位分布模型;仿真分析建立的两种模型,比较得出欧拉公式法误差较小,因而选取其作为研究FDA相位方向图特性的模型;基于该模型,建立了FDA相位方向图,并仿真分析了等高线、等角线、等距线上的相位分布特性,确定了FDA波束的同相波前分布.理论分析与仿真结果表明,FDA波束的相位分布与相控阵相比并没有产生弯曲现象,且分布特性与相控阵基本一致.      

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．     

Beam shaping with limited amplitude weight values for satellite active phased array antenna

针对星载DBF有源相控阵天线发射波束赋形的实际需要,提出了一种基于有限幅度加权的波束赋形方案。采用双重编码遗传算法实现了该方案。分别采用有限位长度的二进制编码和实数编码对阵列加权矢量的幅度和相位进行编码,使得阵列加权矢量的幅度仅在几个离散的台阶上变化,限制了阵列加权矢量幅度的动态范围,该方案在方向图旁瓣和功率放大器的效率之间取得了折衷,更适合于实际应用。与复数编码遗传算法相比,在保持最优解的精确度的同时,由于幅度维上搜索空间的减小,加快了算法的收敛速度。为了进一步提高算法收敛速度和避免算法“早熟” ,提出了一种基于”物种多样性“选择保留策略,并对算法采用了自适应交叉和变异概率,使算法更有把握得到全局最优或准最优解。     

基于分段动态变迹技术的超声成像方法

在超声成像系统中,单一幅度变迹技术只能在一定的距离范围内获得较好的成像分辨率,该距离范围外,分辨率明显降低。而使用分段动态变迹技术就可以弥补这一缺点,在研究多种单一幅度变迹函数的波束3dB等值线后,观察得到各函数最佳成像分辨率对应的距离范围。通过分段引入对应的变迹函数,从而得到了分段动态变迹技术的一种实现方法,然后绘出波束3dB等值线以及仿真成像。证明该方式的分段动态变迹技术相比单一幅度变迹技术能够改善缺点,提高图像质量。     

声压加权法在平面相控阵声聚焦控制中的应用

通过对被控点声压进行幅值和相位补偿,得到了一个简化的声压加权公式.应用该公式预设被控点声压值,结合改进的伪逆矩阵算法得到振源的振幅和相位.基于该合成模式,设计了一个由10×10个小正方形阵元构成的平面相控阵,并对多焦点声场的合成进行了数值仿真.结果表明,该方法可提高声能在目标点的沉积能力,具有较高的声场合成效率,为超声热疗中声聚焦控制提供了一条有效的途径.     

平面波束二次谐波方向性分析

以Westervelt方程为理论基础，推导了平面波束二次谐波的声压和声强分布，得出平面波束的二次谐波的指向特性主要与波束的尺寸和波长的相对比值、波束的频率有关，高频时也会有旁瓣出现，但在所有频率范围以内都有较尖锐的指向特性。     

超声成像系统的动态孔径控制方法

动态孔径控制技术是超声成像系统的一个重要环节,良好的动态孔径控制技术能够有效地改善图像质量.在深入分析超声信号的合成波束分布规律的基础上,提出一种能够消除聚焦波束扫描死区的动态孔径控制方法.该方法根据探头阵元数对探测区域进行均匀的区域分割,计算得到完全覆盖相邻两条扫描线之间区域的聚焦波束在该深度下所需的波束宽度,再根据不同探测深度的波束宽度反推该深度下所需的孔径大小.该方法不受探头参数特性改变,以及探测对象变化的影响,在超声成像系统具有普遍适用性.仿真成像表明:采用该动态孔径控制方法能够有效提高超声图像的整体质量.     

单干扰旁瓣对消器的方向性性能仿真分析

为了研究干扰对消对阵列方向性的影响,引入了主阵列方向图的峰瓣比、对消单元峰扰比和峰信比三个参数。通过对这几个参数的仿真可看出:阵元数的变化不影响方向性随峰瓣比变化的曲线形状;峰扰比大于峰瓣比或者峰瓣比小于10dB时的旁瓣对消会导致方向性的严重恶化。表明方向性的起伏和阵列增益没有必然的联系,而峰瓣比和峰扰比的大小关系以及峰瓣比的绝对值起着决定性的作用。对一个弧形阵列旁瓣对消器的改进设计验证了该结论可以从线阵推广到任意阵列。     

单干扰旁瓣对消器的方向性性能仿真分析

为了研究干扰对消对阵列方向性的影响,引入了主阵列方向图的峰瓣比、对消单元峰扰比和峰信比3个参数。通过对这几个参数的仿真可看出:阵元数的变化不影响方向性随峰瓣比变化的曲线形状;峰扰比大于峰瓣比或者峰瓣比小于10 dB时的旁瓣对消会导致方向性的严重恶化。表明方向性的起伏与阵列增益没有必然的联系,而峰瓣比和峰扰比的大小关系以及峰瓣比的绝对值起着决定性的作用。对一个弧形阵列旁瓣对消器的改进设计验证了该结论可以从线阵推广到任意阵列。     

低副瓣天线及多层天线罩一体化仿真

多层介质天线罩对机栽天线低副瓣性能有显著的影响，对带罩天线的方向性进行一体化分析有助于机栽天线的优化设计。根据复射线理论，利用复源点远场具有的高斯波束特性，对低副瓣天线的方向图主副瓣进行模拟，随后计入表征主副瓣的各个复源点场在多层天线罩内的反射和透射影响，最后在远区通过叠加所有复源点的透射场而得到带罩天线的远区方向性图。由于复源点场和集合复射线法的简易性，大大简化了带罩天线的理论分析过程，有利于天线及天线罩的整体优化设计。文中以二维圆柱天线罩内的12单元线阵为例，给出了相关的分析和计算结果，证明了文中方法的可行性和简捷性，并得到一些具有参考价值的结论。     

Calculation of baffle effect and mutual interaction between elements for an underwater acoustic conformal array with application to the optimization of projecting beampattern

The boundary element theory together with the optimization method is used to calculate the driving voltage weighting vector of a conformal array of underwater acoustic projecting transducers to obtain a low-sidelobe beampattern. At first, the relationship between the acoustic radiated field and the vibra- tion velocity of the array is formulated from the boundary element equation when the boundary im- pedance of the array baffle is specified. Then, the mutual impedance matrix of the array is calculated, and the relationship between the driving voltage and the vibration velocity of the transducers is pre- sented based on the equivalent circuit principle. At last, the driving voltage weighting vector of the array is calculated through an optimization method to obtain a low-sidelobe projecting beampattern. Computer simulation is conducted for a 14-element conformal array. An experiment has been carried out to measure the radiation directivity of the array in an anechoic water tank. The calculated and the experimental results show that the proposed method accounts for the acoustic effect of the baffle and the mutual interactions among transducers successfully and obtain a low-sidelobe projecting beam- pattern, and at the same time provide the largest amplitude of pressure in the axial direction when the maximum amplitude of the driving voltage weighting vectors keeps unchanged.     

一种优化嵌套MIMO的无孔差合阵列设计

针对现有嵌套MIMO阵列自由度有限的问题,提出一种基于优化嵌套阵的优化改进方案。其不止保留了嵌套MIMO阵列设计的原有优势,具有阵元位置以及自由度的闭合表达式,而且极大程度地提高了阵列孔径以及自由度。优化嵌套MIMO阵列设计首先将优化嵌套阵作为发射和接收阵,其次对MIMO阵列的合阵进行做差处理,得到阵元位置的差合阵列。通过合理的设计发射和接收阵的阵元间距,可以获得一个无孔的差合阵列。当阵元总数给定的时候,通过分析阵列结构的特点,可以得到发射和接收阵的最佳阵元数目。仿真实验表明,与嵌套MIMO阵列设计相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展阵列孔径,增加自由度,从而提高MIMO雷达波达方向估计精度。     

临近空间高超声速再入滑翔目标跟踪模型

针对临近空间高超声速再入滑翔飞行器(HRGV）的跳跃滑翔跟踪问题,建立一种新型跟踪模型。首先对目标进行受力分析并结合HRGV横、纵向运动特性得到各方向气动加速度特性;在此基础上将气动加速度中的阻力和爬升力加速度建模为正弦自相关模型,转弯力加速度建模为一阶马尔科夫模型;然后采用一种分离滤波模型对目标状态和气动加速度分别进行估计,推导得出状态滤波模型和气动加速度滤波模型表达式。仿真实验结果表明,相比该类目标的其他跟踪算法,该算法的跟踪精度有一定提高,此模型优越性较强。