基于频控阵的递推最小二乘波束形成算法

频控阵通过在阵元间加入远小于载频的频率增量,使波束的空间分布距离角度二维相关。基于频控阵基本结构,引入两种接收信号处理机制,并对其进行理论推导分析,仿真表明两种机制均能有效接收信号。针对指向误差存在,导向矢量失配导致主瓣发生偏移问题,采用递推最小二乘波束形成算法处理。仿真结果表明,存在指向误差时,该算法在两种机制中均能在目标位置形成主瓣,在干扰位置形成零陷,验证了算法在频控阵中应用的稳健性。     

基于粒子群优化的圆阵列波束形成方法

围绕均匀圆阵列(uniform circular array, UCA)在波束形成中存在的波束主瓣宽、旁瓣电平高的问题,提出了一种基于粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法的圆阵列波束形成方法。通过对UCA的输出信号进行模式空间变换,将UCA数据转换为虚拟均匀线阵数据形式。利用PSO算法充分挖掘均匀线阵各阵元间数据信息,进行阵元拓展,从而实现阵列阵元数及孔径尺度的增加,实现降低阵列波束主瓣宽度及旁瓣电平的目的。实验结果表明,在适当增加计算复杂度的前提下,利用PSO算法对阵列进行阵元拓展可以显著地提高波束形成质量,且适用于自适应波束形成。     

面阵中降维Capon的二维DOA估计

提出了面阵中基于降维Capon的二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计算法.先求得接受信号的协方差矩阵,再对其变换式进行谱峰搜索估计出一个参数,进而通过最小二乘估计出第2个参数.采用一维全局搜索实现二维DOA的联合估计,可避免二维Capon算法由二维谱峰搜索带来的巨大计算量,从而大大降低了计算复杂度,且角度估计性能非常接近于二维Capon算法.该算法既可以实现二维角度的自动配对,又可以精确地估计出相同方位角(或仰角)的信源,其优越性均可在文中得到验证.     

基于声学参量阵理论的超声波防录音屏蔽研究与实现

随着智能设备的快速发展，利用一些录音设备诸如智能手机、录音笔等窃取信息的手段显得更为方便和隐蔽，这对于个人、企业和政府都存在着不小的隐患.传统的对抗方式有背景噪声屏蔽和电磁波屏蔽，但都有其局限性.前者通过播放大音量噪声覆盖对话声音，但这会影响对话的正常进行；后者发射大功率电磁波屏蔽录音设备，但其屏蔽距离与效果都十分有限.针对上述问题，本文提出一种基于声学参量阵理论的超声波防录音屏的方案，可以对录音窃听进行有效屏蔽，同时不妨碍正常对话.根据声学参量阵理论，多个高频的超声波经过非线性系统，会因为非线性作用产生低频声音信号.根据这一原理，首先生成低频宽带噪声信号，然后进行BASK调制将其调制到高频载波上，进行功率放大后由换能器发射向目标录音设备.实验测试结果表明对iPhone6S、华为P10、P20、荣耀9等智能手机的录音功能都可以实现有效屏蔽，最大屏蔽距离1~3 m不等.由于屏蔽原理的普适性，本文的方案可以屏蔽目前大多数型号的智能手机、录音笔等带录音功能的终端.      

基于压缩感知和约束随机线阵的声源方位估计

为解决声源方位估计中因阵元个数受限导致角度分辨率低的问题,提出以多约束均匀分布线性随机阵列为基础的随机线阵压缩感知(MC-Uni-RLA+CS)声源方位估计方法。研究了在不同信噪比、不同入射信号个数情况下本方法的识别精度,比较了均匀线阵压缩感知(ULA+CS)方法和MC-Uni-RLA+CS方法在不同入射角度范围内的识别精度。通过数值仿真与同类方法对比验证了该方法的有效性和优越性。结果表明:相同麦克风数量条件下,与CBF、MVDR、MUSIC和ULA+CS方法相比,MC-Uni-RLA+CS方法在低信噪比情况下分辨率更高,完全正确角度识别范围拓宽为[-50°,50°],且低噪比时鲁棒性好。     

面阵CCD空间滤波技术测量颗粒流速度场分布

为解决线阵CCD空间滤波技术无法直接测量滚筒颗粒流速度场的整体分布,并且难以准确测量颗粒流中具有复杂速度变化的单点区域的问题,提出了基于面阵CCD空间滤波技术的滚筒颗粒流测量方法。通过对采集图片进行分割,模拟子滤波器,对每个模拟子滤波器区域分别进行空间滤波测速,最终得到滚筒颗粒流速度场整体分布。对于滚筒颗粒流中具有复杂速度变化的边壁区域采用正交算法进行速度矢量和运算,避免了角度测量的误差,从而提高了对单点位置速度测量的精度。最后,搭建了实验装置,对测量方法进行了实验验证,并分析了方法时空分辨率,标定了方法精度。研究结果表明,该方法能够测量滚筒颗粒流速度场整体分布,测量误差小于2%。     

分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。     

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.      

毫米波任意非规则阵压缩感知宽空域测向方法

针对常规无源测向方法因毫米波波长太短难以实现宽空域测向的问题,提出任意非规则阵压缩感知宽空域测向方法.借鉴综合孔径辐射测量理论,基于毫米波辐射源空域稀疏特性,建立了压缩感知宽空域测向系统模型及测量方程,阐明了采用任意非规则阵实现宽空域测向的基本原理及其优点,并围绕该方法的有效性、宽空域测向特性和阵列任意性等三方面开展了全面仿真验证,最后利用8mm波段样机实验系统开展了室内实验验证,仿真与样机实验结果符合理论预期,表明该方法可以解决毫米波宽空域测向问题.