时域矢量阵宽带恒定束宽波束的形成方法研究

对于海底探测和分类问题的声呐系统来说,一般要求声呐系统具备在较宽频带内形成恒定束宽波束的能力。随着对矢量水听器认识的深入,开展基于矢量阵的恒定束宽波束形成器的研究越发变得必要。介绍了在时域矢量阵宽带恒定束宽波束形成的实现原理和设计方法,并以均匀等间距线阵为例,给出了时域恒定束宽算法的实现流程。通过计算机仿真,可以看到基于矢量阵得到的恒定束宽波束要比常规阵得到的恒定束宽波束性能好得多。系统的可行性得到验证。     

基于子阵近场零陷权的联合波达方向估计方法

针对海底长线阵在近场辐射声干扰及空间水平非均匀噪声下的远距离估计目标波达方向 (DoA)问题,该文提出一种基于长线阵分子阵近场零陷权的联合目标方位估计方法。该方法将长线阵分解为多个高重叠子阵,对各个子阵利用零陷抑制技术去除近场强干扰对目标探测的影响,再利用各子阵对远距离目标方位估计结果差异性小、非目标所在频率即噪声对应空间谱最大值随机的特点,空间频率方差加权综合各子阵的目标方位估计结果,从而抑制空间非均匀噪声,实现对远距离目标的探测。仿真结果表明,与长线阵常规波束形成、长线阵近场零陷常规波束形成、长线阵近场零陷传统多重信号分类方法相比,该文方法能够有效降低空间谱背景级60 dB以上,输出信噪比提高15 dB以上,具有较强的提高信噪比能力及较高的空间分辨力,因此具有较好的工程应用价值。     

基于子阵近场零陷权的联合波达方向估计方法

针对海底长线阵在近场辐射声干扰及空间水平非均匀噪声下的远距离估计目标波达方向(DoA)问题,该文提出一种基于长线阵分子阵近场零陷权的联合目标方位估计方法.该方法将长线阵分解为多个高重叠子阵,对各个子阵利用零陷抑制技术去除近场强干扰对目标探测的影响,再利用各子阵对远距离目标方位估计结果差异性小、非目标所在频率即噪声对应空间谱最大值随机的特点,空间频率方差加权综合各子阵的目标方位估计结果,从而抑制空间非均匀噪声,实现对远距离目标的探测.仿真结果表明,与长线阵常规波束形成、长线阵近场零陷常规波束形成、长线阵近场零陷传统多重信号分类方法相比,该文方法能够有效降低空间谱背景级60 dB以上,输出信噪比提高15 dB以上,具有较强的提高信噪比能力及较高的空间分辨力,因此具有较好的工程应用价值.     

对称子阵列的近场信号稀疏表示定位方法

针对近场信号源,本文基于对称子阵列提出了两种稀疏信号表示的目标定位方法。首先利用对称阵元导向矢量的关系分离出时延中的方向角和距离两个参数,将一个近场目标定位问题转换为一个类远场的方向角估计问题,再通过稀疏信号重构的方法分步得到方向角和距离两个参数的估计。在参数分离的过程中,方法二通过构造共轭部分,所得到的虚拟远场阵列阵元数等效于原始阵列,故所能估计的信源数约为方法一的两倍。和同类方法相比,本文提出的方法具有较低的计算量。仿真表明,本文两种方法具有更高的分辨率。      

W 波段电大尺寸椭圆柱形反射面天线的设计

设计了一种W波段电大尺寸波束扫描椭圆柱面反射面天线,利用椭圆双焦点的几何特性,通过合理设计口径面利用率及天线效率,使得天线在近场具有较窄的焦斑宽度,同时在远场也有较高的方向性,适用于中、远距离均要求较高横向距离分辨率的目标探测雷达。针对电大尺寸反射 面天线仿真工作量大的问题,提出一种简化设计方法,提高了天线设计效率。利用紧缩场（CR）测试方法对天线进行远场辐射方向图测量,通过雷达系统的目标探测实验测试了天线的近场焦斑宽度。实测数据与仿真结果之间的良好一致性证明了整个天线设计方法的可靠性和准确性。     

单脉冲寻向天线和目标的一体化仿真及测角误差分析

本文通过矩量法及其高效数值方法（MLFMA）对近距离目标--单脉冲收发天线的电磁互作用进行一体化数值仿真,定量研究了单脉冲天线的近场角度测量特性.在该近场模型中,目标散射近场的幅、相分布和同轴探针激励的喇叭单脉冲天线的辐射场（对应远场和波束）、接收端响应（对应远场差波束）均采用全波数值模拟获得.首先,计算单脉冲天线的辐射场并将其作为对目标照射的激励条件;接着,计算目标散射近场的空间分布;并计算出单脉冲天线所接收到的目标散射场;最后,使用幅值法和相位法计算出单脉冲天线近场测角角度,并在此基础上对近距离测角误差进行研究.在导弹目标算例中,将天线--目标一体化建模和天线口径面上散射近场的幅、相分布计算结果用于近距离条件下单脉冲天线测角误差的研究,并通过频率、距离的变化对测角精度做了对比分析;发现目标近场散射幅、相分布的非均匀性,是导致单脉冲天线近距离角度测量产生较显著的测角误差的主要原因;而频率较低时,测角误差较小.文中给出了物理解释,并提出近距离测向时借助于较低频信号的校正以降低测角误差的建议.     

一种波束域的高速空中动目标检测及参数估计方法

Keystone变换所需的插值运算存在计算量大的问题,尤其是用于空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)时需要对每个阵元接收的数据分别进行Keystone变换,给工程实现带来了困难.为了解决这一问题,提出了一种在波束域进行Keystone变换校正目标距离走动的新方法,该方法将传统的对每个阵元数据的Keystone变换转换为在波束域进行Keystone变换,从而将N个阵元对应的N次Keystone变换转换为只在主波束内进行一次Keystone变换,这样做使算法的主要运算量降低为原来的1/N.然后将压缩感知(Compressed Sensing,CS)理论用于空时自适应处理的目标参数估计,取得了良好的估计性能.最后通过仿真实验验证了本文方法的有效性.     

基于无人机集群的近场线性稀疏阵列波束形成研究

无人机集群构成的天线阵列常呈现近场、稀疏特性,经典波束形成理论无法适配。为此,该文首先构建了近场均匀线阵信号模型,通过对信号相位差函数进行泰勒展开近似提出基于线性调频脉冲压缩处理的近场波束形成简化实现方法,并以此为基础在空间-频率2维域内对近场波束形成特性进行了分析:从空间频率偏移和带宽失配的角度,分析得到了近场波束的方位向增益变化特性和距离向增益变化特性;从空间欠采样的角度,研究提出了阵元稀疏分布条件下近场波束栅瓣分布的解析表达式。仿真证明了该文结论的有效性,为利用波束形成技术提高无人机集群的通信、电子侦察、干扰能力提供了理论支撑。     

一种低旁瓣子阵级自适应波束形成方法

相控阵雷达在军事上的应用日渐广泛,要满足雷达系统性能日益增长的需求,必须采用大孔径天线,以便得到更高的角度和距离分辨率。大型面阵的全自适应波束形成计算量庞大,采用子阵级自适应波束形成可以用较小的代价实现较优的自适应性能。研究了等幅平面阵的子阵级波束形成技术,并针对非均匀划分的子阵结构,采用了子阵级通道噪声功率的归一化处理。该方法不仅能够有效降低子阵级方向图的旁瓣电平,其自适应性能保持良好。仿真验证了该方法的有效性。     

圆口径正馈抛物面天线的近场分析

分析了圆口径正馈抛物面天线的近场.采用口径场绕射积分求取了天线的近场及远场方向图,绘制了波束宽度、方向性和最大副瓣电平三个关键参数随场点距离的关系曲线.通过与物理光学法的计算结果对比,验证了该方法的正确性.仿真结果是:随场点距离的减小,波束宽度展宽,方向性减小,最大副瓣电平在一定范围内波动.场点在D2/λ外,远场近似的波束宽度误差小于1%;在0.5D2/λ外,远场近似的波束宽度误差小于10%;在0.5D2/λ内,不能采用远场近似.     

遗传算法在宽窄波束切换天线阵设计中的应用

采用对天线单元开关通断的方法,使天线阵形成不同的远场辐射方向图,实现阵列天线方向图宽波束和窄波束的切换。对一个24元线阵天线阵进行了设计。提出了一种改进的遗传算法及其目标函数模型。采用该算法对天线阵各个天线单元的电流幅度进行了优化计算,计算结果显示能够产生满足设计要求的宽波束和窄波束方向图。最后采用HFSS软件进行了仿真,计算结果与仿真结果吻合,证明了所提方法的有效性。     

基于均匀同心圆阵列的近场宽带波束形成

该文提出了一种频率不变近场宽带波束形成的方法。该方法将均匀同心圆阵列的输出经傅里叶逆变换转换成相位模式信号,并经过近场矫正和频率补偿网络,可达到频率响应不变的远场阵列响应效果。在此基础上,该文将传统远场窄带波束形成法推广到近场宽带阵列中。仿真结果表明,该文提出的近场宽带阵列响应具有近似频率响应不变的效果,其波束图也接近远场窄带阵列波束图。另外,与其他几种波束形成方法相比,基于该文提出的频率不变近场宽带阵列提升了波束形成性能,且具有较低的计算复杂度。     

稀疏重构混合源参数估计方法

针对近远场混合源定位问题,本文提出了一种基于稀疏信号重构的信源参数估计算法。该算法首先通过对接收信号的协方差矩阵进行稀疏重构估计出远场信源参数,接着采用协方差分离技术将近场源和远场源分离,最后利用均匀线阵的对称性和稀疏信号重构估计近场信源参数。该算法避免了二维谱峰搜索和近场源参数配对,也无需构造高阶累积量,降低了计算复杂度。仿真结果表明,该算法的空间分辨能力和混合源参数估计精度均高于基于子空间的混合源参数估计方法。      

一种波束域的高速空中动目标检测及参数估计方法

Keystone变换所需的插值运算存在计算量大的问题,尤其是用于空时自适应处理（Space-Time Adaptive Processing,STAP）时需要对每个阵元接收的数据分别进行Keystone变换,给工程实现带来了困难.为了解决这一问题,提出了一种在波束域进行Keystone变换校正目标距离走动的新方法,该方法将传统的对每个阵元数据的Keystone变换转换为在波束域进行Keystone变换,从而将N个阵元对应的N次Keystone变换转换为只在主波束内进行一次Keystone变换,这样做使算法的主要运算量降低为原来的1/N.然后将压缩感知（Compressed Sensing,CS）理论用于空时自适应处理的目标参数估计,取得了良好的估计性能.最后通过仿真实验验证了本文方法的有效性.     

基于均匀圆阵的近场源定位技术研究进展

近场源定位在雷达、声呐和通信中发挥着重要的作用。该文利用均匀圆阵的阵列结构优势,系统梳理了窄带近场源定位方法以及解模糊方法,并在此基础上从时域、频域、分数阶傅里叶域等方面阐述了近场线性调频(LFM)信号的方位角、俯仰角和距离等3维位置参数快速精确估计方法。最后,对相干辐射源和近远场混合源参数估计等后续研究内容进行了展望。     

基于波束空间MUSIC的MIMO雷达波达方向估计

在进行波达方向估计时,阵元空间MUSIC方法的计算量通常都比较大。为了解决此问题,采用了波束空间MUSIC的方法,它的计算量较阵元空间MUSIC方法有所下降,将它运用于多输入多输出雷达波达方向的估计问题。计算机仿真实验表明,虽然协方差矩阵特征分解的计算量下降了,但是波束空间MUSIC的性能依然良好。     

稀疏阵列的FIM波束形成

运用插值技术对等距稀疏阵列进行FIM（傅里叶积分法）波束形成处理,不仅有效地增加了阵元数目,而且解决了等距稀疏阵列因阵元间距大于半波长而引起的信号角度模糊问题,同时采用FIM波束形成技术提高了指向性性能和抑制相关干扰噪声性能。通过对插值技术和FIM波束形成技术的研究,给出了设计虚拟阵列的计算步骤。通过对仿真数据和实测声呐海试数据进行处理证实了该方法的有效性。     

机载前视阵雷达杂波谱空时分离插值方法

在机载前视阵雷达中,由于杂波距离相关性的存在,导致待检测距离单元杂波的协方差矩阵估计存在偏差,致使空时自适应处理(STAP)的杂波抑制性能下降。空时插值法是一种内插变换方法,能够有效降低机载前视阵雷达杂波的杂波距离相关性,然而该方法计算量非常大,给它的实时处理带来困难。该文提出一种空时分离的插值方法,该方法将空时插值方法在空域和时域分别独立实现。与空时插值方法相比,该方法能够在性能损失不大的情况下,极大地降低计算量,并且当存在阵元误差时,该方法也能获得好的处理性能。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

一种新型波束赋形算法

为了使智能天线获得最大的处理增益,基于传统的on-off波束赋形算法,提出了一种新型的波束赋形算法。该算法通过利用最速下降法最大化用户数据的SINR,获得入射平面波到达各阵元相对到达参考阵元距离差的最优解,从而极大化目标函数,在此基础上,求取智能天线阵元的最优波束赋形权值。仿真表明,采用论文提出的算法可以大大改善智能天线系统性能。     

基于矩阵差分的远场和近场混合源定位方法

混合源定位在无源雷达中发挥着重要作用。针对均匀圆阵下基于相位差方法的定位精度较低的问题,该文提出基于矩阵差分的远场和近场混合源定位方法。首先,利用二维多重信号(2-D MUSIC)分类方法估计出远场源的方位角和俯仰角;随后,利用协方差矩阵差分方法提取出近场源差分矩阵,通过改进的类旋转不变估计信号参数(ESPRIT-like)方法计算出近场源的方位角和俯仰角;进一步地,利用一维多重信号分类方法估计出近场源的距离;最后通过仿真实验对该文所提算法进行验证。该文所提算法在远场源和近场源角度相同的情况下能够有效地识别混合源,并且提高混合源参数估计精度。实验结果表明该算法在信噪比(SNR)为20 dB时,近场源的二维DOA估计误差接近0.01°,而近场源的距离误差接近0.1 m。