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。     

自适应波束成形系统的极限分辨力和最佳加权系数的动态

本文研究自适应波束成形声呐设计中的几个问题。其一是自适应波束成形系统的极限分辨力,我们给出这种系统输出信噪比和增益的一般表达式。提出一种计算自适应波束成形系统抗平面波干扰能力的计算方法。 作为信号和干扰之间广义夹角的函数,给出计算系统增益的公式及相应的数值计算结果。 指出,极限分辨力不仅依赖于广义夹角而且与干扰/噪声比有关。文中给出具体的例子。 本文研究的另一个问题是最优加权系数的动态问题,根据频域上最优传输函数的解,可以给出最优加权系数的一个上界。 本文的结果可以直接应用于实际自适应波束成形的雷达或声呐的设计。     

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．     

多波束DICANNE系统研究

多波束ＤＩＣＡＮＮＥ系统具有抵消强干扰的良好性能。本文给出这种数字式系统的理论基础，讨论其稳态特性。指出多波束ＤＩＣＡＮＮＥ系统输出的信噪比、干扰噪声比。给出系统硬件实现的方框图及各种参数的选择。同时讨论以ＴＭＳ３２０系列芯片进行硬件设计的问题。     

数字波束形成算法仿真实现

从讨论波束形成方法在声系统中的主要作用和主要形成过程入手，介绍几种具体实现波束形成的算法。主要讨论一种能够降低硬件要求的波束形成算法——正交波束形成算法。此种方法不但适用于声系统，对于其他检测系统也有一定的实际意义。给出几种主要波束形成算法的Matlab仿真实现程序，将按照此类方法仿真所得到的波束形成指向性图与理论指向性图比较，两者非常类似。     

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。     

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。     

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。     

利用近场MVDR双聚焦波束成形方法实现被动测距

本文分析了近场环境下基于双聚焦波束成形的水下被动测距方法。通过修正MVDR方向矢量,得到了适用于近场环境的MVDR。仿真实验证明近场MVDR双聚焦波束成形测距方法优于普通波束成形和远场MVDR双聚焦波束成形,能明显减小目标距离估计的模糊区域。在相邻两个日标的定位性能上,MVDR双聚焦波束成形技术也比MVDR单聚焦系统体现出更大的优势,能较好地分辨目标。     

340GHz太赫兹室内信道测量及仿真研究

太赫兹波的衰减性及高可用带宽使其在局域网环境中拥有广阔的应用前景.而太赫兹波的窄波束问题需要借助波束成形技术来解决.作为波束成形技术的关键内容,非直视情况下太赫兹频段的室内信道建模成为了当前亟待开展的工作.本文在340 GHz频段对多种常见室内装饰材料的太赫兹波反射特性和室内多径反射信道特性进行了实验研究,并基于射线追踪法对太赫兹室内信道进行仿真,仿真结果与测量结果符合较好,为进一步太赫兹室内信道建模提供了基础.     

圆阵快速数字多波束形成

在时域上实现多波束形成,其运算量与系统时空采样点数的平方成正比.木文提出以“交迭-贮存”的方法计算输入信号与时延横向滤波器脉冲响应的卷积,再根据Farrier等人的工作,用FFT算法完全实现时域上的圆阵多波束形成.因此在节省运算量的同时,保证了结果的准确.文中给出了计算机模拟计算的结果,同时还提出了一种非整数倍采样周期时延的方法,改善了指向特性.     

智能反射面辅助的星地融合网络鲁棒安全波束成形算法

针对智能反射面辅助的星地融合网络,提出了一种基于窃听者非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形方法.首先,考虑到卫星利用点波束技术服务地球站,而地面基站通过多播技术服务多个地面用户,并且在两个网络实现频谱共享的情况,建立以系统总发射功率最小化为目标,基站用户服务质量和地球站安全可达速率为约束条件的联合优化问题;其次,为了求解该非凸问题,利用三角不等式和Holder不等式推导出窃听者非完美信道状态信息条件下的输出信干噪比上下界;接下来,进一步提出了基于半正定规划和惩罚函数相结合的鲁棒波束成形和功率控制联合优化方法,以实现星地融合网络的安全可靠传输.最后,计算机仿真结果验证了本文所提算法的有效性和优越性.     

无线携能通信系统中基于能量获取比例公平的波束成形设计

针对无线携能通信系统中存在能量获取不均衡的问题, 提出了一种基于能量获取比例公平的波束成形设计方案. 该方案在满足信息接收者的信干噪比以及发送端的最大发送功率等约束条件的基础上, 通过优化波束矢量实现能量获取的比例公平. 此设计在数学上是一个很难直接求解的非凸优化问题.为此, 本文首先利用半定松弛技术将其转换为半定规划问题, 然后结合二分法提出了可以获得最优波束矢量的迭代算法.此外, 在发送端仅知道部分信道状态信息且知道信道误差范围的情况下, 采用最差性能最优的方法对原优化问题进行了鲁棒波束成形设计, 并提出了相应的迭代算法. 仿真结果表明所提算法均可实现能量获取的比例公平且性能达到全局最优.     

数字式声呐显示系统的GSC算法

方位历程显示已被证明为检测信号的有效手段。数字式声呐的多波束数据与调亮显示系统之间存在着一个接口,它有可能使信号处理系统已获得的增益受到损失。选择合理的算法会使这种损失减到最小。本文提出的灰度级转换算法(GSC)是一种实时的数字运算技术。在输入信噪比较低时会使弱信号的检测能力有所改善,同时又对强信号的检测不会有严重的影响。本文提出的算法易于由硬件实现。计算机模拟实验的结果与理论一致。文中给出了硬件设计的概要说明。     

数字多波束系统检测性能的研究

本义讨论时域数字多分层、多波束系统的检测性能.首先指出,在有强干扰存在时,一比特量化的限幅系统检测性能将严重下降.进而分析了分层比特数对单波束检测性能的影响.文中提出估计数字式多波束系统检测性能的系统总增益的概念.指出系统均匀性在检测弱信号时的作用.从理论上说明数字多波束系统的模/数转换、后置积累时间以及输出动态的选取准则.     

基于时频分析的多目标盲波束形成算法

针对现有盲波束形成算法适用范围较窄, 多目标信号分离级联模式结构复杂、并联模式稳定性较差等问题, 提出一种基于时频分析的多目标盲波束形成算法. 该算法首先利用时频分析技术给出信号导向矢量的不确定集, 然后优化求解导向矢量的最优估计, 最后利用Capon方法实现多目标信号的并行输出. 理论分析及仿真结果表明, 该算法对信号特性没有特殊要求, 适用性较广, 性能稳定, 且输出信干噪比高于其他盲波束形成算法, 接近于最优Capon波束形成器.     

深水多波束测深系统脉冲压缩实时算法

线性调频信号是大时宽带宽积信号,通过脉冲压缩可提高探测距离和分辨率,已在深水多波束测深系统中得到广泛应用。针对深水多波束测深系统中脉冲压缩运算量大的问题,提出了一种基于分组的脉冲压缩实时算法。该算法对需要进行脉冲压缩的波束进行分组,每个节拍只计算一组波束,可大幅减少深水多波束测深系统脉冲压缩的运算时间,节省了处理器资源。该算法已成功应用于某深水多波束测深系统,经多次海试证明,工作稳定可靠。     

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。     

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。      

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。