微镜头阵列球面排布方法研究

为了解决微镜头阵列在球面上的排布问题,提出了一种通用的基于正二十面体阵列点微移动排布方法。采用与排布球面同心正二十面体点阵投射方法获取微镜头中心点在球面上的初始排布。以弦长率和填充率为评价函数,采用点阵微移动法对此初始结构进行优化。完成方法通用性测试并和一种基于局部球面的经纬线排布法进行对比。实验结果表明,在排布球冠面立体角较大、微相机数量较多的情况下,采用该方法可以获得弦长率低于0.17,填充率达到75%以上的排布表现,同时其良好的排布对称性有效提高了微镜头阵列的成像性能。     

从阵元域到模态域阵列信号处理

阐述了模态域阵列信号处理技术。以球面阵为例,从阵元域信号处理基础出发,推导了对应的模态域阵列信号处理表达式,其中重点推导了模态域波束形成器与时域宽带波束形成器设计及其实现方法,设计实例验证了方法的有效性。结果表明模态域处理与经典的阵元域处理具有相似的形式,因此可以将比较成熟的阵元域算法推广到模态域。相比于阵元域处理,模态域处理对声场传播与信号处理的结合更紧密,模态域波束形成具有能将波束导向与波束图综合解耦处理,以及减少信号处理通道数等优点。但模态域阵列信号处理技术适用范围也有限,仅适用于能够将声场进行谐波分解的阵形,如球面阵和圆柱阵等。     

球面矩形阵元相控阵高强度聚焦超声手术的子阵工作模式

提出了超声手术治疗肝肿瘤时非侵入性的球面矩形阵元相控阵的多种子阵工作模式:通过图像扫描来确定仅让不受肋骨遮挡的换能器子阵继续工作,并运用超声传播公式、伪逆矩阵算法和遗传算法进行声场的优化合成。结果表明:球面矩形阵元相控阵换能器的多种不同的子阵划分,不仅能够产生手术中需要的单焦点、多焦点等多种治疗模式,其声场的焦域形状和聚焦声强均达到了治疗的要求,而且能够减少肋骨上的声功率累积,避免了正常组织受损,从而可能解决高强度聚焦超声手术治疗肝肿瘤时超声波束受肋骨遮挡不能形成治疗需求声场模式的困难,拓宽治疗区域。     

任意几何形状和阵元指向性的传感器阵列优化波束形成方法

针对常规波束运用到实际传感器阵列时旁瓣较高这一缺点,提出了适用于任意几何形状和阵元指向性的传感器阵列的两种旁瓣约束优化波束形成方法。一种是主瓣宽度约束条件下的最低旁瓣波束形成,另一种是在所能允许的最高旁瓣约束条件下的高增益波束形成。通过对加权向量范数进行约束,提高波束形成的稳健性。这两种优化波束形成问题都可以写成二阶锥(Second-OrderCone)约束优化的形式,然后利用已有的内点方法(Interior-PointMethods)求出其数值解。计算机仿真和湖上实验数据处理结果表明,该低旁瓣波束形成方法相比于常规波束和其它基于自适应波束形成的旁瓣控制方法,在同等主瓣宽度的情况下可以获得更低的旁瓣级;该高增益波束形成方法在同等旁瓣级约束条件下可以获得更高的阵增益,而且旁瓣级能够满足设定要求。     

小型矢量阵深海被动定位方法

文中提出一种适用于深海条件下并已知各项有关环境参数时,利用七元小型矢量立体阵,借助测定目标辐射噪声由不同途径自声源到达接收点的天顶角及方位角的结果,依据射线声学方法求得目标方位、距离和所在深度的被动定位方法。给出了矢量阵依多极子原理进行波束形成的计算公式,并就一种简单水文模型,给出解析计算公式。     

一种四元超短基线阵实现高精度定位

由于超短基线自身尺寸较小,随着作用距离增加,其定位误差增大。对此,本文在阵元数较小的情况下,通过优化阵型形成间距不等的四元阵来提高系统定位精度。该阵型既减少了已有八元阵的冗余阵元,也不需要发射端发送跳频信号。本文给出了新阵型的相位补偿公式以及所适用频带的理论分析。理论分析和数值仿真表明:本文所述新阵型与已有的八元阵定位精度相当。可为改善超短基线定位精度提供一些参考。     

旋转双阵元水下目标定向方法

提出一种旋转双阵元的水下目标定向方法,通过旋转双阵元,主动产生目标到达信号的多普勒效应,结合目标声波信号到达时间差,联合利用时间差和多普勒信息对目标进行定向.通过目标函数的设定,使得两路信号经过延时和伸缩后达到最佳匹配所对应的方向即为目标方向.仿真结果表明,在设定的场景下,本文提出的方法对于各个方向的目标均有良好的定向效果,对于1000m的目标平均定向角度误差小于1°;相对于双阵元到达时间差方法,具有更好的精度和鲁棒性。实验结果验证了旋转双阵元定向方法在实际应用中的有效性.     

吸顶式传声器阵列阵元坐标标定方法

提出了一种吸顶式传声器阵列阵元坐标的标定方法。针对在混响声场中,时延估计算法性能严重下降从而导致在标定传声器阵元坐标时产生较大误差的问题,提出了利用脉冲声源作为标定声源,并且截取脉冲源直达声的方法来抑制混响声场的影响,提高传声器阵元坐标标定的精度。建立了阵元坐标标定的误差分析模型,并以白噪声和脉冲声源作为标定声源进行数据仿真和对比分析。仿真结果表明,使用脉冲声源作为标定声源能有效地抑制混响声场的影响,获得传声器阵列阵元的准确坐标。同时,在封闭的房间内建立起孔径为3.5 m、64阵元的螺旋状吸顶传声器阵列进行了实验研究,实验结果验证了本文提出方法的有效性。     

吸顶式传声器阵列阵元坐标标定方法

提出了一种吸顶式传声器阵列阵元坐标的标定方法。针对在混响声场中,时延估计算法性能严重下降从而导致在标定传声器阵元坐标时产生较大误差的问题,提出了利用脉冲声源作为标定声源,并且截取脉冲源直达声的方法来抑制混响声场的影响,提高传声器阵元坐标标定的精度。建立了阵元坐标标定的误差分析模型,并以白噪声和脉冲声源作为标定声源进行数据仿真和对比分析。仿真结果表明,使用脉冲声源作为标定声源能有效地抑制混响声场的影响,获得传声器阵列阵元的准确坐标。同时,在封闭的房间内建立起孔径为3.5 m、64阵元的螺旋状吸顶传声器阵列进行了实验研究,实验结果验证了本文提出方法的有效性。     

相控阵超声阵列换能器中阵元参数对声场的影响研究

为探究相控阵超声阵列换能器中不同阵元参数对声场的影响,以相控阵超声波检测基本原理和声场辐射理论为支撑,应用MATLAB软件进行数值模拟分析,建立辐射声场模型,进行不同参数下的阵列换能器指向性和声场分析.分析了阵元各项参数变化时对波束质量、聚焦范围、成像效果的影响,结果表明:阵元中心频率过小会使成像分辨率过低,阵元中心频...     

时延匹配加权的舷外异常噪声源曲面投影定位方法

对现有的\     

基于压缩感知的矢量阵聚焦定位方法

本文针对噪声源近场定位识别问题,利用声源分布在空间域具有稀疏性,在压缩感知理论框架下建立了新体系下的矢量阵聚焦波束形成方法,用于解决同频相干声源的定位识别问题.新方法可在小快拍下准确获得噪声源的空间位置,且不损失对噪声源贡献相对大小的评价能力.通过详细的理论推导、仿真分析和试验验证,证明了基于压缩感知的矢量阵聚焦定位新方法本质上实现了l1范数正则化求解下的波形恢复和空间谱估计,因此具有较高的定位精度,较强的相干声源分辨能力、准确的声源贡献相对大小评价能力以及较高的背景压制能力,可应用于水下复杂噪声源的定位识别.     

基于阵元域数据的联合检测与跟踪算法

为了提高对弱目标的检测与跟踪能力,采用一种基于阵元域数据驱动的联合检测与跟踪算法。在假定多目标信号互不相关,且目标个数已知的条件下,采用最大后验(MAP)方法从阵元域数据中直接估计目标的状态。与传统的检测跟踪算法不同,该算法在目标方位信息的基础上,增加能量信息,用于目标跟踪从而提高跟踪能力,同时又通过跟踪目标轨迹的预测以提高检测能力。仿真结果显示,该算法可提高对弱目标的检测能力和跟踪能力,解决传统的跟踪算法对于交叉目标的错跟与失跟问题,在目标非快速机动的情况下得到很好的检测跟踪结果。海试结果显示该算法具有重要的实际工程应用价值。     

一种分布式双麦克风线阵声源定位方法

分布式麦克风阵列由于比传统的单阵列具有更大的空间孔径,可以获得更好的声源定位性能,因此基于分布式麦克风阵列的声源定位方法成为当前麦克风阵列领域研究的热点之一。本文研究了一种基于分布式双麦克风线阵的声源定位方法,并进行了系统实现,从理论上剖析了该算法的定位精度与单阵列定向误差以及声源位置之间的关系,而且还揭示了声源高度扰动对该算法定位精度的影响。最后,分别通过仿真实验和实际定位系统的测试结果,验证了本文理论分析的正确性。     

十七无十字阵水下合作目标远程定位方法

结合水声对抗的实际需求,针对海洋环境下目标定位困难且定位距离有限的问题,利用多水听器十字阵接收信号,并对信号进行加权来提高接收信号信噪比,以达到定位水下合作目标的目的。具体通过波束形成和信号相关,依据目标方位与波束形成方位一致时能量最大的原则,实现对远距离水下合作目标方位和距离的估计,并通过仿真和试验验证了所提定位方法的有效性。     

基于稀疏信号重构的阵元位置误差校正方法

阵元位置误差的存在会严重影响水听器阵列的测向性能,为此在使用阵列之前需对该误差进行校正。针对这一需求,提出了一种对任意阵型适用的高精度阵元位置有源校正方法。结合远场阵列模型以及位置误差\     

多阵元高强度聚焦超声多目标控制方法研究

对多阵元高强度聚焦超声非侵入外科治疗采用多目标控制方法可望取得好的温度控制性能.提出和构造了闭环控制的模糊控制器,从而得到好的温度特性 为得到理想的能量空间分布,专门形成了优化声场的模式控制 另外,重要参量辨识和开关模式控制技术是十分有效的控制方法.考虑非线性效应的仿真结果显示出优越的控制性能.随后的活体实验结果显示出好的温度响应特性,同时证实了多目标控制方法的可行性 关键词： 高强度聚焦超声 多目标 模糊逻辑     

基于二指向性接收阵元强度差的定向方法

水声领域中常用的高频定向算法通常基于时延或相位,这些方法受半波长布阵的限制,当信号频率超过一定限度时会产生角度模糊,从而影响方位估计效果。本文提出利用声轴方向有一定开角的有指向性水听器来引入不同阵元接收信号的强度差,利用强度差来估计目标的方位。这种方法由于不涉及相位或时延信息,一定条件下解决了高频声源定向过程中的角度模糊问题,并通过仿真和试验数据对算法性能进行了验证。     

纳秒脉冲放电紫外光纤阵列检测与定位方法

峰化电容作为电磁脉冲模拟器中用于陡化脉冲输出的关键部件,在实际工程应用中易发生沿面放电和击穿现象,采用光电检测系统可对绝缘沿面放电现象进行有效分析。针对峰化电容器沿面放电监测的技术难题,研制了一套绝缘沿面放电过程光电检测系统,对绝缘沿面放电现象进行光电检测。首先提出了绝缘介质沿面放电过程光电探测系统的设计方案;其次,对系统的时延性能进行了评价;最后,完成了绝缘介质沿面放电过程定位实验,验证了光电探测系统的可行性。实验表明,该系统能够实现对放电区域的有效定位。     

基于光栅阵列的城市轨道列车定位与测速方法

针对铁路及城市轨道交通运行环境多变、监测距离较长且监测方法易受雷电影响等问题,提出了一种基于光栅阵列的列车定位及测速方法.该方法利用抗电磁干扰能力强、复用容量大的超弱光栅阵列构成振动传感网络,采用非平衡马赫-曾德尔干涉解调法实现对列车运行振动信号的检测,在小波降噪后通过基于短时能量分布的端点检测法来实现对列车的精确定位,并利用相邻测区之间的距离与列车抵达的时间差来推算列车在该区域的运行速度.为验证该方案的可行性,在武汉地铁7号线湖工站至野芷湖站间搭建了实验系统进行现场测试.实验结果表明,该方案能实现对列车实时位置的精确定位,且测速误差为±2km/h,且经过长时间的测试,基于该方案的系统具有很好的可靠性和稳定性.