一种简单的抗强干扰自适应波束成形方法

本文讨论在有强点源干扰时的自适应波束成形问题。利用频域上最佳传输函数的表达式,证明了在仅有强点源干扰时,最佳传输函数有一个简单的标准形式。它等于干扰和期望信号的指向性矢量的加权和,其加权系数可以很容易地由解一个线性方程组给出。这个线性方程组的阶数等于强干扰的个数加1。 文中给出系数矩阵的计算方法。本文提出的方法不需要迭代运算,而只需实时地解一个低阶的线性方程组。从而使Widrow提出的自适应波束成形方法大大地简化了。 实际的数值计算说明,用本文提出的方法进行波束成形效果是好的。文中给出了部分例子及计算结果。     

自适应波束成形中稳态特性的研究

本文给出按LMS准则设计的自适应系统达到稳态时,系统指向性的一般表达式.作为信号和干扰之间的广义夹角的函数,提出计算主瓣宽度、干扰方向零点深度和极限分辨力的方法.指出在一般情况下,指向性极大值对信号方向的偏离值.各种情况下都给出数值计算的例子.     

线性约束自适应逆波束形成研究

逆波束形成较常规波束形成有较好的方位分辨力,但其旁瓣较高,为抑制旁瓣并进一步提高阵增益和方位分辨力,本文提出一种自适应逆波束形成方法,通过设计自适应滤波器对虚拟阵列进行加权,提高阵增益和方位分辨力。理论分析表明自适应逆波束形成能够抑制旁瓣和噪声,阵增益较常规波束形成和逆波束形成提高约3 d B,数值仿真结果表明,自适应逆波束形成的旁瓣降低,阵增益和方位分辨力提高,实验数据处理结果表明自适应逆波束形成具有良好的方位分辨能力和目标检测能力,从而验证了其抑制旁瓣、提高方位分辨力和阵增益的有效性。     

多波束自适应噪声抵消法引论

本文给出按Wiener最小均方差准则设计的两种噪声抵消系统模型。给出计算输出信噪比的一般表达式,提出了把这种模型用于自适应波束成形时的实际检验准则。提出一种多波束自适应噪声抵消系统,分析了它的主要性能。本文的全部讨论都在频域上进行,文中给出利用信号平均功率谱密度和最佳线性滤波器的传输函数计算系统指向性的方法,给出了多波束噪声抵消法在自适应前后的指向性公式。实际的例子说明这种系统在抑制为数不多的干扰时具有很大的优越性。     

大型声呐基阵的全方位强干扰抵消系统

强干扰是制约中远程声呐性能的主要因素。对于大型声呐来说,由于过长的延时量以及过高的运算速率,抗强干扰问题始终未能解决,本文提出一种适用于大型基阵的全方位抗强干扰系统。它是自适应噪声抵消系统与一个可编程迪卡诺(DICANNE)系统的结合,在干扰与信号入射角之间的夹角比较小时,采用低采样速率的自适应噪声抵消系统;在此角度较大时,采用高采样率的DICANNE系统,从而使整个系统具有全方位抗干扰的性能。本方案在采用高性能的DSP器件时,易于实现。文中给出设计框图与硬件实施方法。     

多通路维纳滤波器的系统增益

维纳滤波器作为一种预处理技术可以用于抑制强干扰与噪声。本文给出多通路系统的最优传输函数的解。用一个递推求逆矩阵的方法,可以求出有干扰时传输函数的表达式。同时给出系统增益的表达式。当干/信比趋于无限时,系统的渐近特性也可用显式表示出来。当不同通道的干扰除了相位畸变之外,在幅度上又受到调制时,系统增益可以在几种特殊情况下计算出来。本文给出了一些数值计算结果用于解释理论的分析。     

基于DFT插值的线性约束最小方差宽带自适应阵列

本文提出一种具有频率不变波束图的线性约束最小方差宽带自适应算法。首先给出了具有频率不变波束图的连续线阵的灵敏度函数与离散线列阵加权系数之间的关系，然后给出了使用DFT插值法求解各子带阵列权系数的方法，最后将DFT插值法应用于线性约束最小方差宽带自适应阵列。理论分析及仿真结果表明，该算法可以在实现最小方差波束形成的同时保持波束图基本不随频率变化，且该方法可以降低宽带自适应阵列的运算量。     

基于支撑向量机算法的抗干扰混合波束成形系统

针对复杂电磁环境下毫米波阵列的空间辐射干扰抑制问题,设计了一种低成本的自适应波束成形系统。首先建立了复杂电磁环境下通信系统模型,建立目标函数。然后利用机器学习中支持向量机算法将原非凸约束问题转化为二阶锥优化问题,获得理想编码矢量。最后利用梯度追踪算法对理想波束矢量进行稀疏重构,完成抗干扰波束的低复杂度实现。仿真结果表明,提出的波束成形系统能够对干扰作出有效抑制,能提升通信质量。     

声呐信号处理中时域数字多波束成形的新方法

本文给出时域上数字多波束成形的一种新方法.它采用并行流水线结构,把数字滤波、升采样以及最优加权结合在一起,利用高速RAM和VLSI DSP芯片动态地构成一种高精度延时补偿的多波束数字信号处理系统.这种系统与传统波束成形比较,具有精度高,运算量少,编程容易,硬件结构紧凑的特点.文中给出设计的基本原理及硬件实现的方法.     

数字多波束声呐的一种内插算法

数字多波束声响的每一波束具有固定指向．为了在空间域得到较高的分辨力，减少声呐设计中的硬件开销，波束成形后的内插是十分必要的．本文基于抛物线三点与五点内插的原理，提出一种简单易行，精度较高的波束内插算法，并以直线阵和圆弧阵为例，说明这种算法的实现方法。实际计算机模拟结果表明，本文提出的算法可以改善多波束系统的指向特性，提高对目标的分辨精度．     

自适应波束成形中最优解在时域和频域中的等价关系

在Wiener的最小均方差准则下,给出频域上最佳滤波器的解。证明了,当把widrow的抽头延迟线看作横向滤波器时,可以用任意精确度逼近频域上的最优解。在某种条件下,时域上最优解的加权系数就是频域上最优传输函数的Fourier展开式的系数。给出这种等价关系的一般表达式和两种不同的证明。最后给出把这些结果用于实际声呐设计的若干例子。     

无源声呐多目标检测中反波束成形递推算法及其应用

随着声呐检测能力的提高,多目标干扰下微弱信号的检测问题日益突出。当声呐方位历程显示上出现多个干扰轨迹时,弱目标的检测显得十分困难。自适应噪声抵消(Adaptive Noise Canceling,ANC)技术为抑制多个干扰提供了理论基础,但是求解稳态最佳滤波矩阵存在着技术实现上的困难。本文提出用一种反波束成形(Inverse Beamforming,IBF)递推算法,在阵元域逐一抵消多个强干扰,从而增强并提取出微弱目标信号。文中给出了递推求解由逆矩阵所表达的最佳滤波矢量的理论推导和相应的公式。利用IBF算法处理海试数据得到了较好的结果,显著改善了强干扰下对微弱信号的检测,甚至在普通波束成形(CBF)中未能显示出来的信号都可以被检测出来。      

数字式多分层多波束系统指向性的计算机模拟

用横向滤波器形成多波束是数字式声呐的一种新的波束成形方法。这种系统的指向性与采样频率、分层比特数及延时补偿的量化误差有关。系统实际指向特性与理想稳态特性之间的差异将直接影响声呐的性能。本文给出计算这种系统指向性的各种必要公式。同时在计算机上进行系统模拟。模拟的结果可为数字式声呐某些参数的选取提供依据。     

有源声呐距离维波束形成方法

针对脉冲压缩处理所获得的距离分辨率和干扰抑制能力不足的问题,提出了有源声呐距离维波束形成方法。该方法从单个脉冲回波的频域输出中提取多组子带分量,每个子带分量的中心频率形成等差数列,对应的相移形成复指数等比数列(可类比于均匀直线阵的阵列流形向量)。根据这一特点,使用多组子带分量构建协方差矩阵,根据中心频率设计距离维加权向量,建立了距离维波束形成模型。给出了距离维常规波束形成和距离维自适应波束形成的表达式、处理流程,对距离分辨率和干扰抑制能力进行了分析。利用数值仿真和水池实验证明,距离维常规波束形成可获得与脉冲压缩处理类似的距离分辨率,而距离维自适应波束形成可获得更高的距离分辨率和更优的距离维干扰抑制能力。      

声呐设计中的系统模拟技术(Ⅱ)

本文继续前文讨论声呐设计中的系统模拟技术。数字多波束声呐对目标的精确定向问题提出了新的要求。本文给出利用多波束输出实时计算信号入射角的几种方法,即内插法、微分相关法及互谱法。系统模拟的结果指出这些方法可以用于实时跟踪多个目标。 后置积累是声呐信号处理的重要组成部分。文中给出两种数字式积累器的系统响应,比较了它们的性能。指出指数型平均积累器是一种便于实现而性能又接近理想平均器的后置积累系统。我们还给出在计算机上进行模拟的结果。最后讨论声呐设计中系统模拟所面临的新问题。     

声呐设计中的系统模拟技术(Ⅰ)

数字信号处理理论与计算机技术的发展已使系统模拟技术成为声呐设计的新的有力的手段。本文叙述在声呐设计中利用系统模拟技术的必要性以及系统模拟技术的主要功能。文中首先讨论在计算机上模拟声呐环境场的原理及方法。给出一种快速产生带限高斯随机序列的算法和用变采样率产生高精度基阵信号的原理。同时给出数字式多波束、多分层的波束成形系统的计算机模拟的公式。文中给出在计算机上进行系统模拟的某些结果并与理论值作了比较。     

一种改善MVDR波束形成性能的方法

最小方差信号无畸变响应(MVDR)波束形成具有最佳的信号保护、干扰消除和噪声降低能力,即信号/(干扰+噪声)比增益最大,它的能量输出作为一种波数谱(方位)估计器,其估计精度或分辨力受着声场信噪比因素的限制.本文提出一种新的改进MVDR波束形成方位分辨力的方法,它可以调节这种波束形成器权向量中的增强因子(等价于改善声场的信噪比条件),从而改进其方位分辨能力,并且不以牺牲信号/(干扰+噪声)比增益为代价。     

圆柱阵子阵分级处理的稳健超指向性波束形成方法

提出了圆柱阵子阵分级处理的稳健超指向性波束形成方法。首先建立了圆柱阵分两级子阵进行波束形成的信号模型,接着利用空间均匀噪声场中噪声互谱矩阵的循环特性得到基于特征波束分解与综合模型的圆柱阵超指向性的最优解,然后仿真研究了其误差敏感度函数、阵增益和波束图等性能指标,并与圆柱阵的传统全局处理方法进行了对比。提出的分两级子阵处理的超指向性方法与传统全局处理方法相比不仅降低了数据存储量和波束形成计算量,而且进一步提升了稳健性,并且在低频段的阵增益远远高于常规波束形成的值,对水下声呐阵列的设计具有一定的参考价值。      

一种基于模式搜索算法的基阵波束优化方法

波束形成在声纳/雷达信号处理中占有重要的地位,而设计出满足要求的波束形状是声纳/雷达信号空间处理的重要内容。自适应波束形成算法理论上可以获得最优的工作性能,但其计算复杂度高、宽容性差等缺点严重地限制了这些算法的实际应用。本文采用基于模式搜索的波束优化算法,获得了与实际接收数据无关的、类似于窗函数的幅度权系数。与加窗波束形成算法相比,这种方法可以在保证主瓣宽度不展宽的情况下,有效降低旁瓣级,并且,这种方法对基阵的几何形状没有任何限制。     

单基地多输入多输出声呐的方位分辨力

为了研究波形分集和发射子阵对多输入多输出(multiple-input multiple-output:MIMO)声呐方位分辨力的影响,建立了同时适用于MIMO声呐和传统有源声呐的远场和近场波束图推导模型,证明了这两种声呐具有相同的方位分辨力。首先,将MIMO声呐发射阵划分为子阵无重合与子阵有重合两种情况,并对传统有源声呐的发射阵也进行相同的划分。据此,推导出两者的远场和近场阵列流型向量均可表示为发射与接收阵列流型向量的直积。接着,利用阵列流型向量的一致性证明了波束图(远场和近场)的一致性。进一步地,证明了发射子阵有重合的情况等效于对发射阵列进行幅度加权(发射阵列中间部分的阵元权值大于两端部分的阵元权值),其可获得更低的波束图旁瓣级但不能提高方位分辨力。理论分析与仿真结果表明:MIMO声呐的有效孔径等于发射与接收联合孔径,其方位分辨力由发射与接收阵列结构所决定,波形分集和发射子阵并未带来更高的方位分辨力。