脉冲天线阵列时域辐射场快速计算的简化方法

采用有源单元方向图思想，在考虑互耦情况下，将大型脉冲阵列天线各单元的时域方向图用相似环境下小型阵列的有源单元方向图来等效，进而叠加计算辐射总场。以此为基础，结合时域辐射原理改进了上述方法。通过公式推导得出:一个大型线阵或大型平面阵的时域辐射场可分别通过两个小型线阵或四个小型平面阵的时域辐射总场计算得到，避免了传统方法中小阵有源单元方向图逐元提取的繁琐操作。采用上述方法分别计算了一个13元线阵和一个1113元平面阵列，计算结果与软件仿真结果吻合良好，与传统的小阵外推方法相比，直线阵列和平面阵列的计算量分别减少了56.8%和81.17%。     

考虑互耦的半波振子线阵辐射和散射方向图综合

对于半波振子阵列天线,可用感应电动势法算得其阻抗矩阵,依据等效电路原理计入单元间的互耦计算辐射场.将其推广至考虑互耦的散射场计算,基于此辐射场和散射场的计算公式,提出一种考虑互耦同时综合半波振子阵列天线辐射和散射方向图的新方法.运用粒子群优化算法,通过优化振子的间距,同时综合指定辐射和散射方向图.运用该方法,通过对中心工作频率处的辐射和散射特性以及在威胁角度给定频带内的散射特性优化,有效降低半波振子阵在中心工作频率处的辐射和散射方向图的副瓣电平,并减小其在威胁角度给定频带内的雷达散射截面.计算结果与FEKO仿真结果吻合良好,验证方法的正确性.     

恒定束宽扬声器线阵列优化研究

为了保持恒定束宽扬声器(Constant beamwidth transducer,CBT)线阵列高频指向性恒定,解决单元间距过小的问题,减小阵元数目,提出了利用声波导代替扬声器单元,建立了波导CBT阵列的声场模型。基于数值计算结果和数据分析,比较了不同阵元数目的波导CBT阵列和CBT阵列的指向性和声场分布,讨论了有效辐射率和使用阵元数目的关系。通过提高有效辐射率可以有效降低CBT阵列所需阵元数目,解决了扬声器单元间距过小的问题。     

一种用于声线修正的迭代法

本文报道了一种用于直角坐标阵水下定位系统的声线修正的迭代法。在复杂水文条件下应用此计算方法可以既迅速又准确地求出目标的位置。初步的实验结果表明修正的效果是明显的。此方法推广应用于小型平面阵的工作也已完成。     

Legendre函数加权的声纳宽频带恒定束宽波束特性分析*

为了处理水声信号,声纳阵列通常需要形成宽频带恒定束宽的波束。采用两种阵元加权方法分析二维圆弧形恒定束宽换能器声纳阵列:球面Legendre函数加权方法和柱面Legendre函数加权方法。分别对球面阵、柱面阵和平面阵这三种几何结构的声纳阵列进行分析,并且计算波束宽度和波束方向。结果表明,在宽频带范围内,除了柱面Legendre函数加权的球面阵之外,其余Legendre函数加权的声纳阵列均能利用简单的、不随频率变化的阵元权重和阵元延时,形成恒定束宽的波束,并且具有较小的旁瓣,此外波束方向与预设方向也较为一致。相对于其他恒定束宽波束形成方法,Legendre函数加权方法能利用较低的计算复杂度来实现良好的宽频带恒定束宽的波束特性。     

66单元三角形栅格径向线阵列天线馈电系统

提出了三角形栅格布局的多单元径向线子阵的设计思想,根据该子阵馈电系统耦合量的需求,设计了一种新型耦合探针,并基于此探针,对中心频率为2.856 GHz的66单元三角形栅格径向线子阵的馈电系统进行了分析和设计。仿真计算结果证明:该66单元三角形栅格径向线子阵馈电系统在中心频率处基本实现了66路等幅馈电,在2.78~2.92 GHz的频带范围内,反射系数小于0.1。此外对加载单元天线的66单元阵列辐射特性进行了仿真计算,进一步验证了该馈电系统设计的可行性。     

三维大型任意阵列宽带波束指向性图的快速计算

为解决常规频域直接方法计算大型三维阵列宽带波束图(BP)速度较慢,无法满足大型三维宽带阵优化设计需求的问题,提出了一种适用于大型三维任意阵列的宽带BP图的快速算法.在利用二维非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)伴随操作实现二维阵列BP频域快速计算方法的基础上,引入第三空间频率变量,将与阵元纵向坐标有关的相位因子转化为第三...     

小尺寸声矢量平面阵三维波束形成方法

提出了一种基于声场多极子展开的小尺寸声矢量平面阵三维波束形成方法。该方法利用了声场的垂直振速信息,并结合球谐波函数与多极子模态之间的联系,可用二维的阵列结构合成指向任意方向的三维波束图,简化了三维波束形成所需的阵列结构。以3×3均匀矩形阵为例的仿真结果表明,在相邻阵元间距小于0.2倍信号波长时,所提方法引入的差分近似误差可被忽略,所得阵列波束图接近理论波束图。相比于声压球面阵三维波束形成方法,所提方法在低频段能在获得相同阵增益的同时有着更好的稳健性,为实现小尺寸阵列的三维波束形成提供了一种可靠的方法。     

空间放电辐射脉冲的探测与定位

提出一种基于辐射场窄带测试的空间放电辐射信号探测系统,系统主要由8路定向性天线阵、高增益接收前端以及数据处理单元构成。基于该探测系统建立了空间平面4元阵列定位模型,研究了空间放电辐射源位置快速搜索算法,并对定位精度进行了试验验证。实验结果表明,该系统能对1km以内的空间放电辐射源进行探测,阵元尺寸为10m的空间平面4元阵列的距离定位误差小于2.5%。该探测定位系统可以用于复杂电磁环境下空间放电源位置的确定。     

基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析

为了提升高功率固体激光器中激光二极管(LD)面阵抽运场性能,采用几何光学和数理统计分析的方法,建立了基于微透镜阵列匀束的LD面阵抽运耦合系统的数学与物理模型,对微透镜阵列参数与最终耦合输出抽运场参数之间的关系进行分析,明确了微透镜单元F数、微透镜通光单元数以及微透镜阵列空间周期参数的设计原则.经实验测试,优化设计完成的LD面阵抽运耦合系统光场不均匀度为7.9%,耦合效率为90.7%.     

Synthesis of Linear Discrete Acoustic Arrays

The synthesis of a linear array by a given directional pattern is considered under the only constraint that the number of array elements is specified. The formulation of the problem allows solving it with the help of the Newton method, which is the most efficient method of convex programming. It is shown that the possibility to vary the array element coordinates in the course of the array synthesis provides a much higher synthesis quality than that achieved with fixed-geometry arrays.     

Using Pure-Phase Element Array to Generate Uniform Laser Focal Profiles

Ｕｓｉｎｇ　Ｐｕｒｅ－Ｐｈａｓｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ａｒｒａｙ　ｔｏ　Ｇｅｎｅｒａｔｅ　Ｕｎｉｆｏｒｍ　Ｌａｓｅｒ　Ｆｏｃａｌ　ＰｒｏｆｉｌｅｓＵｓｉｎｇＰｕｒｅ－ＰｈａｓｅＥｌｅｍｅｎｔＡｒｒａｙｔｏＧｅｎｅｒａｔｅＵｎｉｆｏｒｍＬａｓｅｒＦｏｃａｌ...     

采用分离式差分标定靶的单摄像机标定方法

采用分离式差分标定方法实现对单摄像机的高精度标定。在摄像机的物面位置上放置多个小尺度的分离式标定靶,每个标定靶上有标准点阵列,对每个光点由高斯曲面拟合法得到其CCD像面上的位置,光点位置检测结果的稳定性(均方根)达到1μm(相当于CCD 0.0053 pixel)。利用同一标定靶上标准点之间的物面差分坐标,进行四次曲面拟合,建立摄像机的像面与物面之间的映射关系。该方法对各个标定靶之间的距离没有提出要求,采用多个小尺寸的差分标定靶代替整体式的大尺度标定靶,降低对大尺度标定靶的制作要求。实验表明,当各个标定靶之间的相对角度误差小于60″时,标定残差平均值可以达到4.8μm(相当于CCD 0.028 pixel)。     

Aperture and element minimization in linear sparse arrays with desired beam patterns

In this paper, an optimization method aimed at designing aperiodic linear sparse arrays is proposed that is based on the stochastic optimization methodology called simulated annealing. Such a method optimizes the positions and the weight coefficients of each element of a linear array in order to obtain a beam pattern that meets given requirements. Moreover, while positions and weights are optimized, minimization of both the number of elements and the spatial aperture is carried out. In this way, a beam pattern without grating lobes and close to the desired one is produced using a small number of elements and a short aperture. The results obtained are impressive in terms of improvement of array characteristics and performance over those reported in the literature, while a great flexibility in defining the desired beam pattern is allowed. Finally, it is proved that the array configurations need a number of elements very close to the absolute minimum to achieve the desired beam pattern.     

浅海非均匀水平阵宽带声场信号无源孔径扩展

大孔径水平阵对于浅海低频水声物理实验研究和应用至关重要,然而受实际情况制约,通常使用的水平基阵孔径十分有限,通过孔径扩展处理来扩展基阵孔径是一条重要途径。传统的无源孔径扩展方法是建立在均匀线阵、匀速相对运动和相干窄带连续信号的基础上的,难以适用于非均匀阵以及非连续宽带声源的情况。针对这些问题,提出了非均匀阵宽带声场信号的无源孔径扩展方法。使用静止布设在海底的非均匀水平短阵接收运动声源重复发射的宽带声信号,先开展均匀空间插值,然后在阵元域和波束域进行宽带扩展孔径处理。仿真和实验结果表明,在水深约70 m的浅海波导环境中,纵向间隔27.5 m的2个阵元接收20~200 Hz宽带声场,其空间插值结果与真值的相关系数大于0.99,说明宽带声场插值方法的合理性。在水平非均匀、纵向孔径250 m的短阵接收声场无法分析简正波频散特征的情况下,仿真和实验数据经过宽带无源孔径扩展处理得到孔径大于1 km的均匀线阵的声场,能高分辨区分各阶简正波,证明所提方法是有效的。      

Reconstruction of the time dependence and signal parameters of far-field extended wideband sources: Part 2. Reconstruction of the directivity pattern of a moving source

The problem of measuring the radiation directivity pattern of a moving source in a horizontal plane is considered. It is shown experimentally that the angular dependence of radiation can be reconstructed at discrete frequencies in detecting an acoustic signal by a linear array positioned in the near field of the source followed by signal processing. The technique described in this work and its technical implementation can be used in developing and creating a measurement system for monitoring ship fields in the horizon plane.

     

时域开槽天线阵列的接收特性

 利用自建的时域测量系统对接收阵元数不同、相邻阵元间距不同、阵元数相同接收方向不同的开槽天线阵列接收电场进行了测试。时域天线的时域波形、归一化能量方向图、归一化峰值方向图的分析结果表明：时域天线方向性具有时变性，与观察方向和时间段有关，接收波形峰值随主接收方向偏离主轴程度的增大而减小；阵列某一面的方向图仅与该面的阵元数及相邻阵元间距有关，与其它面的阵列无关；阵列单元越多，相邻单元间距越大，方向图波束越窄。     

The feasibility of constructing a cylindrical array with a plane rotating beam for interstitial thermal surgery

Thermal surgery has been shown to be a useful therapeutic option when external ultrasound applicators cannot be used as their beam will not reach the target site. If plane transducers are used, the ultrasound beam has to be rotated in order to generate a sufficiently large volume of necrosis. However, rotating deep-seated interstitial applicators and controlling their shooting direction presents major technical problems. The purpose of this study is to evaluate the feasibility of constructing a cylindrical array with a plane rotating beam for ablating esophageal tumors by interstitial hyperthermia. The feasibility of such an array has been initially evaluated using a plane array (which is easier to make from a technical point of view). This array was made with a new piezoelectric material because its mechanical properties make it ideal for the construction of a cylindrical array in the future. We showed that the beam of each array element is sufficiently divergent and that cross-coupling is small enough to generate a plane wave from a cylindrical array. In addition, power tests and electro-acoustic efficiency measurements demonstrated that the output was sufficient to induce tissue necrosis in the relevant conditions.     

可模式识别的水声成像方法

提出一种在自由环境中可以进行模式识别的水声成像方法。利用角域滤波将空间不同入射方向的平面波在阵元域中进行分离,在成像扇面内按要求设计一系列角域带通滤波器,这些滤波器的输出就是从角通带内入射的平面波在阵元域中的快拍数据,可以实现要求输入为阵元域特性数据的目标识别和底质分类等专用的模式识别算法,角域滤波器输出的平面波快拍数据的幅度作为像素值进行水声成像。采用角域滤波的方法可以进行水声成像得到所需要的声图,并且每个像素对应着相应点目标远场平面波入射到接收阵时所产生的快拍数据。仿真和实验数据处理结果表明,采用角域滤波和利用常规波束形成所得到的声图是一样的,并且两种成像方法具有相同的稳健性。