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相似文献
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1.
连续Legendre函数加权的恒定束宽换能器(CBT)阵列可以在一定频率范围内采用与频率无关的简单阵元权重实现恒定束宽的波束特性。然而常规CBT阵列需要为每个阵元配置相应的阵元权重,当阵元数量较大时会增加复杂度。该文分析了截断阶梯Legendre函数加权的面阵列,包括球面阵、柱面阵和平面阵,并且分别分析了Legendre函数球面加权方法和Legendre函数柱面加权方法应用于上述阵列的性能。结果表明,截断阶梯Legendre函数加权对波束方向的影响可以忽略,而主要影响波束宽度。对于面阵列,当采样阶梯不大于3 dB,截断点不大于-21 dB时,截断阶梯Legendre函数加权能很好近似连续Legendre函数加权。因此截断阶梯Legendre函数加权可以在保证CBT阵列性能的前提下有效减少阵元加权系数的数量。  相似文献   

2.
加权函数对于圆弧形恒定束宽阵列的性能至关重要,因此分析了圆弧形恒定束宽阵列的加权函数的特性,并提出了sinc函数加权方法。分别对窄覆盖sinc函数加权阵列和宽覆盖sinc函数加权阵列的波束特性进行数值分析,验证其恒定束宽的波束特性。结果表明,sinc函数加权阵列在工作频率范围内产生近似不随频率变化的波束。此外,还与多种已有的圆弧形恒定束宽阵列进行对比分析,包括Legendre函数加权阵列、余弦函数加权阵列、Chebyshev多项式加权阵列等。结果表明,相较于已有的阵列,sinc函数加权阵列具有更低的低频截止频率,因而对应更大的工作频率范围。  相似文献   

3.
宽带恒定束宽波束形成器的设计与实现   总被引:11,自引:1,他引:10       下载免费PDF全文
本文提出了一种设计宽带恒定束宽波束形成器的方法,这对应用于海底探测和分类问题的声纳系统来说十分重要,对于给定频带宽度的信号,选择一定数量的频率点来表达其频率响应,对于一个给定的频点,可以通过现有方法导出满足恒定宽要求的加权矢量,例如对于一个线阵列,可用切比雪夫多项多得到其加权矢量,因此对于一个具有N个阵元的宽带阵,如果选择M个频率点,可以得到一个NM的加权矩阵,这个矩阵的每一行代表一个阵元的频率响  相似文献   

4.
圆阵宽带恒定束宽波束形成的实验研究   总被引:15,自引:3,他引:12  
为了检验“任意结构阵列宽带恒定束宽波束形成新方法”(声学学报, 2001;26(1):55—58)一文中提出的方法是否在实际系统中可行,我们针对24元均匀圆阵进行了湖上实验。基于实验数据,在覆盖一个倍频程带宽的8个频率点上形成了恒定束宽波束。实验圆阵的实测阵列流形和理论阵列流形存在较大误差,这表明该文采用的可适用于任意结构阵列的宽带恒定束宽波束形成方法具有良好的宽容性。  相似文献   

5.
基于二阶锥规划的任意传感器阵列时域恒定束宽波束形成   总被引:12,自引:5,他引:7  
提出了基于FIR滤波器的适用于任意几何形状和阵元方向性的传感器阵列的时域恒定束宽波束形成方法。首先将设计频带分成若干窄带,采用优化方法,通过对各窄带波束施加约束,设计出具有设定主瓣形状要求的各窄带波束。然后针对每个传感器,根据其各频率波束形成加权向量,采用约束优化方法,设计出具有要求幅度和相位响应的FIR滤波器。各滤波器输出相加即得到时域恒定束宽波束输出时间序列。波束图主瓣形状设计与期望频率响应FIR滤波器的设计问题都可以转化为二阶锥规划(Second-Order Cone programming)的形式,然后利用已有的内点方法(Interior-Point,Methods)求出其数值解。计算机仿真结果显示,设计出的各子带波束主瓣宽度比较接近,FIR滤波器设计精度高。湖上实验数据处理结果表明,该方法可以适用于实际水声系统,时域宽带波束能够满足恒定束宽要求。  相似文献   

6.
任意结构阵列宽带恒定束宽波束形成新方法   总被引:18,自引:5,他引:13  
提出了一种任意结构阵列宽带恒定束宽波束形成的新方法.该方法把任意结构阵列的响应向量表示成以Bessel函数为核函数的级数之和,并将高阶项截断,然后把频带内各个频率点上的阵列响应向量转化到参考频率上,从而得到恒定束宽波束形成向量,使得各个频率上的波束和参考波束相同.同时,本文还给出了一种基于自适应处理的参考波束优化方法.结合均匀分布离散国阵所作的计算机仿真验证了本文所提方法的有效性.  相似文献   

7.
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。  相似文献   

8.
唐建生  孙超  杨益新 《应用声学》2005,24(4):233-238
由于实际水声系统中的阵列模型往往与理想阵列模型失配,导致基于理想阵列模型设计的时域恒定束宽波束形成器所形成的波束图在实际应用中严重畸变,从而不能有效地抑制旁瓣干扰和无失真地接收宽带信号。本文利用水池实验说明阵列模型失配对基于理想阵列模型设计的时域恒定束宽波束形成器的影响,并提出一种有效的设计方法以减小这种影响,即通过实际测量,获得包含失配信息在内的实际阵列模型,并将该模型应用到时域恒定束宽波束器的设计当中。实验结果表明,基于实际阵列模型的设计可以有效地减小由于阵列模型失配带来的影响,这对设计实际系统可以使用的时域恒定束宽波束形成器具有重要的意义。  相似文献   

9.
针对宽带波束形成中的恒定束宽波束响应优化设计问题与鲁棒性问题展开研究。首先,提出一种基于相位补偿的恒定束宽全局优化设计方法,通过对阵列流形向量进行相位补偿来设计恒定束宽波束,与现有的一些方法相比,该方法不仅能获得全局最优解,而且物理实现简单。同时,还提出一种基于协方差矩阵重构的鲁棒自适应宽带波束形成算法。该算法采用Capon估计器估计样本数据的空间一频率谱密度函数,然后对期望信号波达方向之外的角度区间进行积分来重构干扰加噪声协方差矩阵,最后利用重构的协方差矩阵设计自适应波束形成器权系数。该波束形成器设计问题被表述成凸优化问题求解。仿真结果表明,在整个输入信噪比范围内,该算法几乎都能获得接近理想值的输出信干噪比。  相似文献   

10.
本文从任意分布的离散多基元点阵的指向性函数,引出线列阵、圆弧阵、平面阵、圆柱阵以及球面阵、共形阵的指向性函数。并且进一步阐述了它们的波束形成和波束空间复盖方案设计。  相似文献   

11.
This paper mainly addresses design methods for near field loudspeaker arrays. These methods have been studied recently since they can be used to realize a personal audio space without the use of headphones. From a practical view point, they can also be used to form a directional sound beam within a short distance from the sources especially using a linear loudspeaker array. In this regard, we re-analyzed the previous near field beamforming methods in order to obtain a comprehensive near field beamforming formulation. Broadband directivity control is proposed for multi-objective optimization, which maximizes the directivity with the desired gain, where both the directivity and the gain are commonly used array performance measures. This method of control aims to form a directive sound beam within a short distance while widening the frequency range of the beamforming. Simulation and experimental results demonstrate that broadband directivity control achieves higher directivity and gain over our whole frequency range of interest compared with previous beamforming methods.  相似文献   

12.
Spherical microphone arrays have been recently used for room acoustics analysis, to detect the direction-of-arrival of early room reflections, and compute directional room impulse responses and other spatial room acoustics parameters. Previous works presented methods for room acoustics analysis using spherical arrays that are based on beamforming, e.g., delay-and-sum, regular beamforming, and Dolph-Chebyshev beamforming. Although beamforming methods provide useful directional selectivity, optimal array processing methods can provide enhanced performance. However, these algorithms require an array cross-spectrum matrix with a full rank, while array data based on room impulse responses may not satisfy this condition due to the single frame data. This paper presents a smoothing technique for the cross-spectrum matrix in the frequency domain, designed for spherical microphone arrays, that can solve the problem of low rank when using room impulse response data, therefore facilitating the use of optimal array processing methods. Frequency smoothing is shown to be performed effectively using spherical arrays, due to the decoupling of frequency and angular components in the spherical harmonics domain. Experimental study with data measured in a real auditorium illustrates the performance of optimal array processing methods such as MUSIC and MVDR compared to beamforming.  相似文献   

13.
朱少豪  汪勇  杨益新 《声学学报》2018,43(4):600-611
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。   相似文献   

14.
二维解卷积波束形成水下高分辨三维声成像   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
针对水下三维成像的空间分辨率难以提高,且具有较高旁瓣级的问题,提出了一种二维解卷积波束形成高分辨三维声成像算法,该算法首先完成任意距离切片的平面阵波束形成,近场情况下采用菲涅尔近似实现近场平面阵波束形成,然后通过二维解卷积技术对任意距离切片的二维波束形成结果进行解卷积处理,去除阵列指向性函数的影响,改善波束响应非理想冲击函数所造成波束形成主瓣宽及旁瓣级高的问题。通过计算机仿真分析,新算法可以有效的提高水下三维成像的空间分辨率,抑制旁瓣级,并能够在较宽频带和不同阵列孔径内保持与常规波束形成相当的稳定性。通过试验研究,新方法比常规波束形成实际目标成像分辨率提高一倍,最高旁瓣级下降20 dB,验证了该算法在实际系统中的有效性.   相似文献   

15.
浅海非均匀水平阵宽带声场信号无源孔径扩展   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
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。   相似文献   

16.
The performance of broadband sonar array processing can degrade significantly in shallow-water environments when interference becomes angularly spread due to multipath propagation. Particularly for towed line arrays near endfire, elevation angle spreading of multipath interference often results in masking of weaker sources of interest. While adaptive beamforming in a series of narrow frequency bands can suppress coherent multipath interference, this approach requires long observation times to estimate the required narrowband covariance matrices. To form wideband covariance matrices which can be estimated with less observation time, plane-wave focusing methods have been used to avoid interference covariance matrix rank inflation. This paper extends wideband focusing to the case of coherent multipath interference. The approach presented here, called waveguide invariant focusing (WIF), exploits a robust relationship for the frequency dependence of horizontal wave number differences. Unlike matched-field methods, WIF does not model multipath wave fronts but rather makes the interference appear to occupy the same rank-one subspace across frequency. This permits formation of wideband covariance matrices without interference rank inflation. Simulation experiments in a realistic ocean environment indicate that adaptive beamforming using WIF covariance matrices can provide a significant array gain improvement over conventional adaptive methods with limited observation time.  相似文献   

17.
A numerical optimization approach is presented to optimize passive broadband detection performance of hull arrays through the adjustment of array shading weights. The approach is developed for general hull arrays in low signal-to-noise ratio scenarios, and is shown to converge rapidly to optimal solutions that maximize the array's deflection coefficient. The beamformer is not redesigned in this approach; only the shading weights of the conventional beamformer are adjusted. This approach allows array designers to use the array to minimize the impact of known sources of noise on detection at the beamformer output while maintaining acoustic array gain against an unknown source. The technique is illustrated through numerical examples using hull-borne structural noise as the noise source; however, the design concept can be applied to other design parameters of the array such as element position, material selection, etc.  相似文献   

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