基于多子阵检测法的多波束海底成像技术

为提高多波束测深声呐海底成像质量,提出了一种基于多子阵检测法的海底成像技术.其以多子阵检测法得到的高精度、高空间分辨率回波到达时间(TOA)和到达角度(DOA)估计序列为基础,对每个接收窄波束的波束输出信号经采样处理估计各个海底检测点的空间位置和回波强度,并考虑实际水声环境以及角度的影响对成像数据进行修正.由于该方法估计对回波强度与空间位置的解算都源于相同的TOA与DOA数据,所以两者能准确地一一对应,提高了成像质量,湖上试验数据的处理结果表明了该方法的有效性以及良好的空间分辨能力.     

便携式高分辨浅水多波束测深仪系列产品

<正>技术开发单位哈尔滨工程大学技术简介哈尔滨工程大学突破了超宽覆盖声学基阵结构设计与成阵方法、多波束宽覆盖海底地形地貌联合探测技术、多子阵波束域高分辨海底地形地貌探测系列方法,以及高精度边缘波束声线折射改正技术等难题,研制出了便携式高分辨浅水多波束测深仪系列产品,获得了中国国家发明专利优秀奖等荣誉。该系列产品是多波束测深技术的实用化产品,拥有完全自主知识产权,已制造     

主瓣伴随干扰下数字子阵雷达和差波束测角方法

针对数字子阵体制雷达在强主瓣干扰存在情况下弱目标的到达方向DOA估计问题，提出了一种和差波束测角方法。首先，建立了多子阵和差波束结构下的主瓣干扰与目标回波的接收模型。然后，根据目标回波与干扰信号在时域上的不相关特性，对每个子阵列采用盲源分离算法分离目标回波与干扰信号，进而联合各子阵分离的目标回波/干扰信号，采用单脉冲测角技术实现目标/干扰DOA估计。最后，通过数值仿真实验验证了分析算法的有效性及性能。     

多波束声呐基阵一体化自校准方法

为了保证多波束测深系统的探测精度,在系统组装前需要对多阵元接收换能器基阵进行指向性测量和目标方位波束响应校准。针对常规方法中图像散焦问题存在的不足,本文提出了一种多波束声呐基阵一体化自校准方法,将换能器基阵和信号调理采集电路一体化测量,利用目标方位波束响应输出测量换能器基阵波束指向性。推导了阵元间距误差对测深结果产生的影响,采用聚焦波束形成技术,在小尺寸水池条件下开展校准实验研究。通过在水池中预先获得的方位波束角误差曲线,对多波束测深声呐外场实验数据进行了归位补偿,实现了多波束声呐基阵一体化自校准。实验结果表明:该方法能够保障多波束声呐的有效覆盖范围,具有较强的实用性和重要的工程应用价值与推广价值。     

矢量阵自初始化MUSIC算法的试验研究

利用单个矢量阵元的阵簇估计提供的初始参数,对MUSIC噪声子空间谱进行迭代搜索谱峰,实现目标的方位估计.该方法减少了运算量,同时提高了目标方位估计的精度.为了检验算法的性能,进行了外场试验.利用3个矢量水听器组成了三元矢量阵,对比了矢量阵自初始化MUSIC算法和MUSIC空间谱估计以及常规波束形成的性能.试验结果表明,矢量阵常规波束形成的目标方位估计精度较差,MUSIC空间谱的估计性能较好,而迭代搜索MUSIC谱峰方法的定向精度最高.当空间严重降采样时,常规波束图的栅瓣高度接近主瓣高度,MUSIC空间谱表现出较强的栅瓣抑制能力,而自初始化MUSIC算法不受空间降采样的影响,总能给出正确的目标方位估计值.     

生物听觉耦合机制的矢量组合阵方位估计方法

针对有限安装空间条件下小孔径基阵方位估计性能较差的问题,本文借鉴奥米亚棕蝇听觉系统的耦合放大机制,提出了一种基于仿生物听觉耦合系统的小孔径矢量组合阵方位估计方法。该方法利用单矢量传感器接收信号与噪声的声压和各个振速的相关特性设计了矢量声强滤波器,然后对小孔径组合阵声压通道接收数据进行滤波以提高信噪比,最后将仿生学听觉耦合机制拓展至该小孔径阵列,放大相邻阵元的相位差,从而获得具有较好DOA估计性能的CBF和MVDR方法。仿真结果表明:矢量听觉耦合算法在阵孔径小于常规10倍时,均可获得较好的空间谱,有效的提高的小平台阵列算法的性能。     

基于波束空间的SAR阵列天线波束展宽方法

针对合成孔径雷达（SAR ）天线设计过程中,难于获得均匀幅度和较宽的照射区域,实现灵活多变的波束变换的问题,提出一种基于波束空间阵列天线波束展宽的方法.通过将平面阵列天线分成多个子阵列,以子阵列为单位设计出基本波束,再通过幅度和相位加权使各子阵波束在空中实现同相移位叠加,从而实现波束覆盖区域的控制.由于各子阵可作为基本单元来处理,只需对各子阵实行加权,即可极大地降低阵列导向矢量的数目,能灵活地设计各种波束图,实现指向控制和干扰抑制.仿真实验的结果证明了该方法的正确性和有效性.它可用于单波束发射多波束接收(SIMO)与多波束发射多波束接收（MIMO）等新的SAR成像体制中.     

高分辩DOA估计的子空间方法

首先对基阵所张成的空间、信号子空间和噪声子空间给出了定义.通过这些定义对用于高分辩DOA估计的子空间方法,阐述了一个较为系统的理论,并且应用这个理论,对几种典型的子空间方法进行了分析.指出了用子空间方法进行DOA估计的关键是:第一,如何将基阵张成的空间划分为信号子空间和噪声子空间;第二.如何利用信号子空间和(或)噪声子空间估计信号方向矢量.给出了在已知信号子空间和噪声子空间的条件下,满足方位估计唯一性的控制矢量条件,并且给出了证明.     

波形分集MIMO成像声呐技术研究

为使成像声呐方位分辨率在工作频率和基阵孔径确定的情况下进一步提高,文中将MIMO雷达通信技术引入声呐成像领域,通过发射正交波形,使等效接收孔径大于实际接收孔径,从而提高方位分辨率和抗混响能力.通过计算机仿真和构建2发18收的MIMO成像声呐水池试验系统,利用MIMO声呐近场聚焦宽带波束形成成像算法,基于2种正交波形验证了MIMO成像声呐能够使目标的-3 dB波束宽度减小一半,提高方位分辨率,且使目标成像强度增加约6 dB,提高了抗混响能力.     

双基地MIMO雷达相干源角度估计方法

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达的相干源角度估计问题,分别在空间高斯白噪声和空间高斯色噪声背景下提出基于降维波达方向(DOA)矩阵的角度估计方法.首先对MIMO雷达相干目标的回波进行解相干处理;然后分别在两种噪声背景下构造DOA矩阵,并利用其与信号子空间的关系得到降维DOA矩阵,有效降低了原DOA矩阵法的运算量.之后利用降维DOA矩阵的特征参数与待估参数间的特定关系实现目标离开方向(DOD)和波达方向(DOA)的联合估计.该方法无需二维谱峰搜索,在两种不同噪声背景下均能有效估计相干源的二维角度并实现自动配对,且在接收阵列为非等距线阵的条件下仍具有适用性.仿真实验验证了该方法的有效性.     

一种等间距圆形阵列的超方向性综合方法

将线形天线阵列超方向性天线综合的概念应用到圆形阵列中,经过理论推导,得到一种圆形阵列的超方向性综合方法。利用该方法得到的圆形超方向性天线阵可以在较小的空间内实现比普通线形天线列更好的方向特性。给出了了解情况个天线单元的圆形阵列分析计算例子。计算结果表明,这种超方向性天线阵较一般的线形超方向性天线阵在方向特性、主波束扫描、前后瓣比等方面有明显的优越性,具有实际应用价值。     

一种临近空间MIMO雷达空时自适应处理方法

鉴于MIMO雷达多信号问正交性和天线阵列结构影响其动目标检测性能,提出了基于遗传算法优化提高自相关峰值并降低互相关峰值方法,从而实现了多信号间良好正交性,基本抑制了盲速的影响．基于得到最大连续孔径思想,给出了一种阵列结构,在不显著增加天线阵列长度奈件下,与正交信号结合,实现了MIMO空时自适应处理（STAP）．仿真实验表明,基于正交信号和收发阵列设计,MIMO STAP可实现良好动目标检测性能．     

Direction synthesis in DOA estimation for monostatic multiple input multiple output (MIMO) radar based on synthetic impulse and aperture radar (SIAR) and its performance analysis

A new direction synthetic method for monostatic multiple input multiple output (MIMO) radar is presented based on synthetic impulse and aperture radar (SIAR) system. Concerned with the monostatic MIMO radar which simultaneously emits orthogonal signals with multi-carrier-frequency and possesses sparsely distributed transmitting and receiving arrays with respective location, as well as the situation for the presence of multipath propagation in the low flying target’s echo, the method integrates the aperture of the transmitting arrays with the receiving arrays to form the digital beam-forming (DBF) in azimuth and elevation dimensions. And a study has been made of planar general MUSIC algorithm based on decorrelating the multipath signals of multi-carrier-frequency MIMO radar. Through compensating the phase delay of both the transmitting and the receiving arrays and synthesizing the transmitting beam in two dimensions at the receiver, the angular resolution and measurement accuracy are improved and the computational complexity is reduced after transforming the three-dimensional (3D) parameter estimation problem into a two-dimensional (2D) one. Finally, the Cramer-Rao Bounds (CRBs) of DOA estimation for azimuth and elevation is put forward with the exsiting multipath propagation. Results of computer simulation demonstrate the validity of the new method. Supported by Program for New Century Excellent Talents in University (Grant No. NCET-06-0856) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60772068)     

一种综合发射波束的超分辨处理方法

针对发射采用阵列天线，接收只能采用单根天线的雷达，为了提高目标的角分辨能力，应用MUSIC算法对综合发射波束进行超分辨处理．由于单根天线接收信号经分离处理后得到的数据模型与常规非均匀阵列接收的数据模型等效。因此超分辨处理可以实现。仿真结果证实了这一点．这种在接收端对发射波束进行超分辨处理。提高了雷达对目标的角分辨能力和测角精度。并且拓展了超分辨处理的应用领域．     

Imaging method of airborne downward-looking 3D-MIMO-SAR with alternate-transmitting mode

By study of the problem of three-dimensional (3D) imaging method of linear arrays synthetic aperture radar (LA-SAR), the conventional LA-SAR with a single transmitting antenna requires a number of receiving antennas to meet the requirement of the spatial sampling rate, which is difficult to implement. To solve the problem, a novel imaging method of down-looking 3D-MIMO-SAR based on the alternate-transmitting mode is proposed. Firstly, the 3-D echo signal model based on the alternate transmitting mode is analyzed. Then by combining equivalent phase center theory and beam-forming technology, the imaging method of downward-looking 3D-MIMO-SAR is put forward in detail, which can cut down the number of antennas significantly, improve the spatial efficiency of the radar platform and reduce the difficulty of project implementation. Finally, the effectiveness of this algorithm is validated by the simulation results.     

一种S频段卫星通信相控阵天线设计

为了解决目前卫星通信相控阵天线波束扫描角度范围较小、低仰角增益较低等问题,采用双层微带结构,加载圆形金属腔体,实现了更宽波束的S频段圆极化相控阵单元,来提高相控阵低仰角增益．然后,用24个单元按照水滴状形式排布组成相控阵阵列,以减小风阻．仿真结果表明,在收发频段内,相控阵单元的电压驻波比小于1.3,轴比小于3dB,单元在阵中的3dB波瓣宽度为120°左右; 天线阵列在扫描到仰角25°时,其增益相比天顶方向(仰角90°)下降了4dB左右．最后,加工好的天线阵列测试结果和仿真结果具有很好的一致性,波束扫描角度较宽,低仰角增益较大,满足设计要求．     

测量目标高度的双基地MIMO雷达虚拟阵元技术

提出了一种通过双基地多输入多输出雷达虚拟阵元技术进行目标高度测量的方法．该方法在接收端估计目标相对于发射阵列和接收阵列的角度,然后利用获得的角度进行目标高度测量．与传统的双基地雷达测高方法不同,该方法既不需要发射端和接收端之间的时间同步,也不需要在收发两端之间传输数据,从而简化了系统的配置．另外,在多目标情况下,该方法估计的角度能够自动配对,从而避免了目标模糊．     

MIMO雷达最小冗余垂直阵列设计方法

针对MIMO雷达垂直阵列的稀疏优化问题,利用数学理论中差基和差集的性质,根据二者的线性组合选择阵元位置,提出了一种使收发阵元形成的虚拟阵列冗余度最小的设计方法．通过仿真验证了该方法的有效性．仿真结果表明,用该方法所得收发阵元形成的虚拟阵列的分辨率高于采用满阵的垂直阵列MIMO雷达以及传统面阵雷达;采用最小冗余垂直阵列的性能优于按满阵设计的垂直阵列．该设计方法所得阵列的性能优势有一定工程实用价值．     

基于遗传算法的MIMO天线阵优化

将一种改进的遗传算法用于MIMO天线阵的优化,分析了容量与相关性的关系。在均匀线阵与均匀圆阵的相关性模型上,比较达波角、扩展角及天线间距对于相关性的影响。运用遗传算法,对构建的相关系数组成的矩阵进行分析,给出定长非均匀4元线阵与圆阵在最小相关性下的天线阵分布。     

半球共形阵列的两种虚拟变换方式性能对比

共形阵列的空域导向矢量通常不具有Vandermonde结构,使得适用于均匀线阵或面阵的快速高分辨空间谱估计方法不能直接应用于共形阵列中．借鉴阵列流形内插变换思想,分别建立了半球共形阵列到矩形阵列和十字阵列的两种变换关系,对比研究了虚拟矩形阵和虚拟十字阵在波达方向估计、自适应波束形成和运算复杂度方面的性能．理论分析与仿真实验明确了虚拟矩形阵和虚拟十字阵的适用条件,可为共形阵列的工程应用提供参考．