基于L1最小范数法的波束形成方法参数研究

L1最小范数法的波束形成方法具有运行速度快、识别准确度高、分辨率好等优点,广泛应用于声源识别领域,然而因该方法参数选取较为困难,在使用中需要花费大量时间来试值。针对此问题,建立声源测量模型,研究不同条件下约束参数的取值。基于详细的理论推导与数值模拟仿真,分析约束参数ε与声源距离,信噪比和阵列孔径之间的关系。数值模拟结果表明：信噪比为10 d B到40 d B之间,测量距离大于0.5 m,测量阵列采用49个阵列单元时,可以实现声源的精确定位,并且约束参数的变化范围很小,在不同的频率下呈现一定的规律性。发现这种变化规律为参数选择提供了可靠的理论基础,可大大缩短取值的时间,具有很高的可行性。     

基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成方法

提高多波束测深系统的综合精度,不仅需要提高远场精度,近场精度也不可忽视。针对常规多波束测深系统中采用远场近似模型,使得近场精度急剧下降的不足,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(RT-DFBF：Real-time Dynamic Focused Beam-forming)方法。该方法引入相移聚焦波束形成,论证其在多波束测深系统中解决近场问题的可行性,同时深入分析各个影响因素的实时处理情况,提出了一种基于FPGA的实时处理结构,该结构在输入通道为80个、采样率为28kHz、波束数为128个的条件下完成RT-DFBF。水池实验结果验证了该方法的实时性、有效性和实用性,具有重要工程应用价值。     

基于复包络提取的波束形成方法

结合带通信号的特性,提出了一种基于复包络提取的波束形成方法。首先,提取各阵元接收的信号的同相分量和正交分量;其次,分别对上述同相分量和正交分量进行相移;最后再对移相之后的同相分量和正交分量进行延时相加,从而形成入射方向的波束。该方法有效降低了波束形成器的输入和输出采样率以及数字处理的复杂度。     

基于近场波束形成法的声发射源定位研究

引入近场波束形成法处理声发射信号,研究在小区域布置少量传感器来实现声发射源定位的新方法.首先,利用板波理论进行声发射信号传播特性研究,对比了板中声发射信号与空气中声波传播的差异性,分析了波束形成法应用于声发射源定位的问题.并在板上进行断铅实验,验证了近场波束形成法进行声发射源定位的有效性.最后,在旋转机械碰摩模拟实验台上进行了碰摩实验,利用波束形成法进行碰摩声发射源定位,所提出的方法能有效地定位旋转机械初始碰摩位置.所得结果可为声发射源定位提供一种新途径.     

基于L1范数优化路径的视频稳像算法

目的 为解决外包装行业对产品外观进行检测时,采集视频图像存在抖动失真的问题.方法 提出一种基于L1范数优化路径的视频稳像算法,采用SURF算法和FREAK算法对视频序列帧中的特征点进行检测和描述;然后,使用KNN算法和RANSAC算法对相邻帧间的特征点进行匹配和筛选;最后,通过L1范数优化算法对序列帧进行校正和去黑边处理,得到稳像视频.结果 在处理前景无运动和前景有运动的2类视频时,稳像前后视频的平均PSNR值分别提升了5.094 dB和4.273 dB,并且相对于常用的特征匹配算法,文中算法能显著降低相机路径的主动平滑因子.结论 文中算法能够有效地解决视频抖动失真的问题,提高抖动视频的质量,具有一定的鲁棒性.     

基于自适应陷波滤波器的窄带波束形成方法

本文介绍了自适应陷波(Notch)滤波器的工作原理,在此基础上推导了一种窄带波束形成的新方法,并通过仿真加以验证.该方法简单易于实现,因而具有广泛的应用价值.     

基于共轭虚拟阵列的稳健波束形成方法

针对提高阵列天线波束性能问题,本文提出了基于共轭虚拟阵列的信号导向矢量扩展方法.利用共轭虚拟阵元扩展阵列,增大了阵列孔径却不改变实际阵元数,降低了副瓣电平并且不会增加天线制造成本.在虚拟阵列的基础上对信号导向矢量进行扩展,使阵列波束形成效果更加稳健.本文通过在有无干扰以及存在幅度和相位误差情况下对11个阵元阵列天线进行...     

基于高斯核的波束形成

MVDR是波束形成常用的方法,但当信号到达方向与先验信息不一致时,MVDR的性能会出现下降,而将支持向量机应用于波束形成,并增加宽容性的限制条件,就可以解决这一问题,并能实现旁瓣控制。文章在此基础上考虑非线性处理,利用高斯核函数将信号从数据空间变换到再生核希尔伯特空间下进行处理,使得在阵元数小于干扰数目的情况下也能在干扰处陷零。     

基于宽带稳健STMV波束形成的相关检测方法

采用一种宽带相关结合稳健自适应波束形成的检测方法,来提高弱目标在强干扰背景下的检测能力。宽带相关检测具有多目标方位分辨力高的优点,它基于常规波束形成得到,但由于其旁瓣级有限,存在强干扰时会导致其旁瓣区域的相关检测产生凹陷,因此直接影响弱目标的检测能力。通过分析常规宽带相关检测中目标旁瓣区域产生凹陷原因,利用宽带稳健自适应波束形成的干扰抑制能力,提出了一种将宽带稳健导向最小方差波（Steered Minimum Variance,STMV）与宽带相关检测结合的宽带检测新方法。该方法能有效消除相关检测中强干扰的影响,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性。     

基于三阶累积量的稳健盲波束形成方法

盲波束形成的目的就是在不知道阵列流形先验信息的情况下,从阵列输出数据中恢复出源信号.对于独立源信号的盲分离,Cardoso和Souloumiac提出了一种基于四阶累积量的盲波束形成方法(Joint Approximate Diagonalisation of Eigen-matrices,JADE).然而,巨大的计算量...     

基于高阶次Cross Sensor处理的波束形成方法

为得到鲁棒性、高分辨波束形成,提出了一种高阶次Cross Sensor处理方法。该方法依据阵元间协方差矩阵同一斜对角线上不同元素具有相同相位差的特点,对协方差矩阵进行M阶次Cross Sensor处理后可虚拟出近(2~M-1)(N-1)个虚拟阵元(N为原始阵元数)。虚拟阵元的增加可扩大线阵有效孔径,降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率。在Cross Sensor处理过程中,该方法对协方差矩阵同一斜对角线上不同元素进行了叠加运算,可进一步削弱噪声对波束形成的影响,提高了波束形成鲁棒性。数值仿真和海上试验结果表明,该方法既能有效降低波束形成主瓣宽度,提高方位分辨率,又可削弱方位历程图干扰背景。相比已有的逆波束形成,该方法具有较好的方位分辨率;相比已有的基于AR模型的高分辨逆波束形成,该方法对最低门限信噪比的要求较低,方位估计均方误差较小。     

多波束形成方法及其实现

声纳往往采用相控偏转的技术来形成各个方向的发射/接收波束。相控阵可以利用简单的数字电路来实现基阵发射角度的偏转。文中介绍一种利用FPGA芯片来实现旋转单波束方式的发射波束。该方法设计简单、可靠,经过实验测试,整机达到了预期的效果,验证了发射波束形成方法的正确性。     

浅海多波束动态聚焦近场波束形成实现方法

讨论了一种动态聚焦波束形成实现方法,将聚焦波束形成的焦点时间结构与基阵空间结构相关联,得到时变焦点的高精度聚焦波束形成输出。通过实验数据的分析和处理,验证了方法的有效性。     

近场波束形成的约束最小平方和法

文章研究了近场情况下的波束形成问题。对于任意结构阵列,提出了近场波束形成的一种约束最小平方和法,用近场信号模型来设计近场波束。该方法借助于优化工具箱,在对波束旁瓣施加约束的条件下,使波束主瓣的误差平方和最小。该方法在主瓣区域和旁瓣区域都能得到满足设计要求的波束性能,可以方便地控制期望响应,简单易行。基于32元均匀离散圆阵的仿真设计结果表明了文中方法的有效性。     

基于信号分离技术的波束形成算法研究

波束形成算法具有计算效率高,计算结果稳定等优点,被广泛应用于噪声源定位。因此,对波束形成算法的深入研究及扩展具有重要的意义。特征值分解、相干输出谱分析等技术能够对被测信号进行分解,常用于信号分离和贡献量分析,具有广泛的研究与工程应用价值。结合上述信号分离技术,将特征值分解和相干输出谱分析应用于波束形成算法的前处理,提出基于特征值分解和相干输出谱的两种“衍生”波束形成算法。在此基础上,采用圆形二维传声器阵列对三个人工白噪声声源进行声源定位测试,数据分析结果验证基于特征值分解和相干输出谱的波束形成算法对声源识别和声源云图分离的有效性。两种算法均能够对声源云图进行有效分离,进而将各个声源云图与其激励源相关联。     

一种用于小平台的阵列虚拟阵元波束形成方法

水下小平台(UUV、AUV等)的探测方面往往面临自身尺寸的限制,而无法按照常规的方式进行阵列布放。目前阵列信号处理大多基于波束形成对其进行信号处理,因此阵孔径的大小直接决定目标方位探测的各项性能。本文提出一种虚拟阵元波束形成方法,相对于常规方法在水下小平台的阵列信号处理方面得到了较好的应用。     

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。     

海洋噪声背景下基于随机共振方法的波束形成

为了改善低信噪比下波束形成的性能,从双稳态随机共振模型出发,提出了利用频率尺度变换,将随机共振和波束形成结合起来的算法。给出了双稳态模型参数的估计方法、数值仿真和应用于海洋噪声背景下波束形成的实验结果。由实验结果可见,随机共振确实改善了波束形成器输入数据的质量,从而提高了波束形成的性能以及信噪比。     

基于波束形成声像图纹理特征的机械故障诊断方法

基于振动信号处理的机械故障诊断存在接触式测量和单通道信号分析等局限性,而基于声学图像特征分析的故障诊断方法能有效克服此类局限.将声学成像和图像处理技术引入故障诊断,利用“延迟求和”波束形成算法分别得到机械设备在正常和故障状态下的声像图.首先对可视化声场进行初步诊断,然后考虑到不同状态下声场分布的细微变化反映在声像图丰富...     

基于去多普勒效应和峰度波束形成的探伤方法

在铁路轨道系统运行时,车轮表面的结构损伤会产生冲击噪声,然而实时的探伤和定位存在困难。事实上,在列车行驶时,车轮表面的损伤所产生的冲击噪声经常完全掩藏在背景噪音下。本文介绍一种新的探伤定位手段,可以在列车行驶时识别和定位车轮表面的各种结构损伤。基于去多普勒效应和峰度的波束形成方法可以对运动中的声源进行定位,提取声源的冲击特征,通过扫描得到的声音图像识别损伤。