一种简化的平面阵波束形成方法

0引言波束形成技术是将一个多元阵经适当处理使其对某些空间方向的声波具有所需响应的方法。波束形成技术系统是现代声纳的核心部件,是声纳具有良好的战术、技术性能的基础[1]。平面阵是声纳系统常用的基阵,可以实现对目标的全空间定向,但平面阵二维波束形成运算量较大,在某些小平台上,由于功耗和系统复杂性的限制,希望能在性能没有显著降低的前提下进行简化处理。本文把平面     

线阵分裂波束处理技术在水声探测中的应用

声呐波束形成处理通常输出各个方位上的目标能量信息,利用指向性极大值位置给出目标的大致方位。为了得到更加精确的目标方位估计,需要寻找对目标方位微小变化作出灵敏反应的物理量。分裂波束处理所输出的各个方位二子阵的相位差信息,对方位变化十分灵敏,其测向精度接近于克拉美罗下界,不需增加太大运算量即可显著提高声呐系统测向精度,在水声中得到了广泛研究和应用。对线阵分裂波束处理在水声探测中不同的应用进行了梳理和总结,重点阐述了基于分裂阵半波束处理的被动声呐宽带相关检测、主动声呐相位单元化处理、超波束形成和水下慢速目标相位差空时方差自动检测跟踪(Automatic Detection and Tracking,ADT)技术的原理、处理流程和结果。     

不同波束形成的参量阵近场比较

文章采用KZK方程数值求解均匀平面阵,聚焦阵及非衍射阵形成的参量阵波束近场声场,比较了不同波束声轴上的原、差叔声压级及声截面。     

基于实录音频的吊放声呐模拟器设计与仿真

针对多数模拟器无法营造逼真操作感受的问题,提出了一种基于声呐实录音频的吊放声呐模拟器,并给出仿真实例。该系统运用反波束形成技术,基于实录音频合成具有真实听觉感受的阵元域信号,采用真实的波束形成方法和信号处理方法,能够得到与实际装备十分近似的视觉效果和听觉感受,对声呐操作员的日常训练是十分有益的。     

二维MUSIC近场被动定位方法

介绍了一种高精度的近场被动定位方法——二维MUSIC被动定位方法。它是一种在距离和方位上进行二维联合搜索的高精度被动定位方法。将MUSIC（多重信号分类）算法与近场聚焦波束形成方法相结合,能大大提高对近场目标的定位精度。先推导了基于均匀线列阵的二维MUSIC近场被动定位方法的定位原理,通过仿真比较了二维MUSIC被动定位方法与常规聚焦波束形成的定位性能,仿真表明,二维MUSIC被动定位方法的定位性能要明显高于常规的聚焦波束形成被动定位方法。并仿真了该方法在不同的阵元间距以及不同的目标距离时的定位性能,验证了该方法的可行性和有效性。     

三维空间表面阵特性分析

分析了传统的二维平面阵的优缺点,阐明了新型三维空间表面阵的特点.针对一个简化的三维空间表面阵,完成了有关的计算与分析.结果表明,三维空间表面阵比传统的二维平面阵可能有更宽的视野和更远的视距.     

一种基于MSR的中等斜视多子阵合成孔径声呐距离多普勒算法

针对现有斜视多子阵合成孔径声呐成像算法忽略了"非停走停"假设的孔径依赖性和阵元依赖性,导致中等斜视时成像效果差的问题,提出了一种基于级数反演方法(Method of Series Reversion, MSR)的中等斜视多子阵合成孔径声呐距离多普勒算法(Range Doppler Algorithm, RDA)。首先,为了解决"非停走停"假设孔径依赖的问题,直接对精确距离史在波束中心处进行泰勒级数展开,得到近似距离史,并借用MSR求得近似距离史对应窄带回波信号的二维谱解析解。然后,为了解决阵元依赖的问题,使用基于MSR的RDA分别对每个子阵单独成像,再通过将每个子阵的成像结果进行相干叠加的方式消除单个子阵欠采样带来的混叠现象,得到完整的成像结果。最后,通过与现有算法的仿真对比实验,验证了该算法的有效性。     

盲波束形成算法仿真及水下试验

盲波束形成技术是针对通信信号的统计性质和确定性性质所构成的一类新的波束形成技术.文中首先对高阶累积量法、基于累积量和特征空间的方法以及最陡下降恒模算法这三种盲波束形成算法进行了详细阐述,然后运用这些算法对单信号源均匀线阵、双信号源均匀线阵、单信号源随机扰动阵和双信号源随机扰动阵四种情况进行仿真.结果表明,三种算法可以进行有效的波束形成,基于累积量和特征空间的方法具有最高的输出信噪比.此外,还通过处理实际水下试验数据验证了这三种算法在实际应用中的有效性.     

小型综合平面声呐阵的研制

一、概况 本文所介绍的小型综合平面声呐阵是测深测潜测波测冰综合检测声响中的一个必不可少的重要部件。本声呐阵的主要特点是小型多功能。根据总体方案设计要求,水下声呐阵共分两大系统:(一)高频测潜测波测冰收发系统及(二)高低频合一测深收发系统。此综合检测声响对两个声系统的指向性开角及发射功率均有特定的要求。如对系统(一),-3dB开角测波时为窄波束而测潜测冰时为宽波束;对系统(二),-3dB开角均为宽波束,并要求发射功率分档选择可调。所以,声呐阵的结构设计在本研制项目中尤为重要。 为了满足总体设计方案要求,对系统(一)我们采用…     

矢量线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能

研究矢量均匀线列阵波束形成算法的左右舷分辨性能。水听器可同步共点地测量声场的声压和质点振速,为一具有指向性的空间共点阵,从而能够解决单线阵声呐的目标左右舷模糊问题。文章分析了采用不同波束形成方法时矢量阵广义Cardiod处理和声强处理的目标左右舷分辨性能,并利用海试数据进行了验证。研究结果表明:自适应波束形成具有比常规波束形成更佳的左/右舷分辨性能,且对矢量阵处理而言,广义Cardioid处理更为稳健和实用。     

成像声呐中聚焦波束形成技术研究及实现

介绍了聚焦波束形成的基本原理,分析了一种基于半圆阵的相位补偿方法。通过Matlab仿真得出聚焦波束形成的波束图,相比远场方法,波束宽度减小,旁瓣得到抑制。设计了一种基于FPGA的数字聚焦波束形成器的实时处理结构,使用8组加权系数即可完成成像声呐近场范围内分辨力的改进。通过乒乓操作和并行结构提高处理速度,实时产生72个波束。实验结果表明,所设计的聚焦波束形成器使某型成像声呐近场分辨力得到了提高。     

多阵多目标声呐信号仿真研究

引言: 当前,多声呐数据融合技术受到了广泛的重视,同时多阵多目标情况下的海试比较困难,所以就有必要进行多声呐阵多目标信号仿真系统的研究和开发. 下面对基元接收信号模拟,实际波束形成模拟几个部分分别予以介绍:     

有向阵元圆形阵列声纳波束形成原理及实现

有向阵元阵列接收具有区域指定性好和灵敏度高的优点而被广泛应用于雷达、水声信号目标探测。探讨了基于有向阵元圆阵的波束形成原理并设计出基于FPGA的自适应数字波束形成（ADBF）模块,仿真结果表明有向阵元形成的波束图较全向阵波束图有明显改善,LMS自适应算法对干扰能有效抑制,从而提高了系统输出信号干扰噪声比（SINR）。     

一种有效压缩十字阵二维角估计计算量的方法

针对平面阵在二维方向角估计中运算量大、影响系统实时性的问题.利用十字阵为两个直线阵构成的特点,提出了一种新的十字阵二维谱估计方法.通过间接求解,将二维方向角估计转化为两个独立直线阵的一维角估计.此方法无需二维谱峰搜索,大大减少了运算量,提高了阵列的分辨力.计算机仿真验证了该方法的有效性.     

密集式MIMO声呐高分辨成像实验研究

为验证密集式多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)声呐高分辨成像算法的有效性,进行了水池实验并获得了期望的高分辨成像结果。首先,将成像算法分为角度维高分辨成像和距离维高分辨成像两种,分别建立了各自的成像处理流程。角度维高分辨成像基于虚拟阵列波束形成算法,距离维高分辨成像基于大带宽信号合成算法。然后,根据两种处理流程选择合适的发射信号和阵型,并据此搭建密集式MIMO声呐高分辨成像平台进行水池实验。最后,通过与传统单输入多输出(Single-Input Multi-Output,SIMO)声呐的成像结果进行对比,证明了MIMO声呐可结合发射信号、阵型和相应的处理流程获得更高的角度分辨率和距离分辨率。     

三维成像声呐图像重建研究

针对成像声呐领域中水下目标探测、识别等问题,基于三维探测声呐2304通道波束形成数据,研究三维成像声呐可视化方法,仿真了三维点云重构算法,并根据实际应用需求,在设备实现中改进了算法,使其在实际环境中可动态调节阈值,优化成像效果。水池、湖试实验表明:以该可视化方法为基础的三维探测声呐可正确显示目标位置、形态;且在混响环境中对复杂探测目标有良好的重构效果;同时通过与二维声呐图像对比,进一步验证了该三维声呐在轮廓识别方面的优越性。     

一种适用于主动声呐的宽容STMV波束形成方法

在宽带条件下,由于快拍数的限制,宽容CAPON波束形成(RCB)不适用于主动声呐。因此借用RCB的思想,结合STMV提出一种适用于主动声呐的宽容STMV方法。该方法能够有效地避免由于阵型失配、阵元幅相特性不一致等原因导致的算法性能下降,并且不需要大量快拍数的支持,适用于主动声呐。仿真验证了该方法的有效性。     

稳健的波束优化设计及FPGA实现

在分析二阶锥规划(Second-Order Cone Programming,SOCP)算法的基础上,设计了声呐阵列并采用SOCP方法对其波束图进行了优化;根据SOCP的波束优化设计方法,设计了基于FPGA的16元均匀圆阵的波束形成器。目的在于提高波束优化设计的稳健性以及信号处理系统的运算实时性、运算精度等。对FPGA波束形成器的仿真性能进行了分析,主要分析了以下两个方面:首先分析了当权值位数不同时对波束形成器输出的影响,其次分析了波束优化设计方法的抗阵列流形误差的性能。仿真设计结果和实验表明本文方法的有效性。二阶锥波束优化设计的波束图有着良好的稳健性,采用12位权值的FPGA波束形成器,抗阵元位置误差性能也比较好。     

盲波束形成算法及其C语言实现

阵列信号处理作为信号处理的一个重要分支，在通信，雷达，声呐，地震勘探，射电天文等领域获得了广泛应用和迅速发展。波束形成技术是阵列信号处理中的一个主要问题，它使阵列方向图的主瓣指向所需的方向，盲波束形成算法，可以在不知道阵列流形，信号和干扰方位的情况下，仅根据各个阵元的观测数据，恢复出信号．本文主要讨论应用VC 语言实现和比较了几种基于累积量的盲波束形成算法的性能。     

SAVSTMV波束形成算法研究

矢量阵常规波束形成(Vector array Conventional Beam Forming,VCBF)能够消除普通单线阵左右舷模糊现象,但VCBF波束宽度受到"瑞利限"的限制,不能分辨同一波束内的多个目标。矢量阵导向最小方差(Vector array STeered Minimum Variance,VSTMV)波束形成算法是一种宽带自适应波束形成算法,具有高分辨力和抗干扰性能。VSTMV波束形成直接在阵元域进行,计算量较大且稳健性差,不利于实时实现和应用。提出一种分子阵VSTMV波束形成算法(Sub-Array Vector array Steered Minimum Variance,SAVSTMV),可有效降低计算量,算法稳健性更强。通过理论研究和仿真计算,证明该算法比矢量阵常规波束形成算法具有更好的性能,有利于实际应用。