强干扰背景下水中微弱信号的垂直阵波束形成研究

针对垂直阵在强干扰背景下采用常规波束形成方法难以估计目标俯仰角的问题,研究了超波束与逆波束形成等方法在垂直阵中的应用。讨论了超波束与逆波束形成原理,仿真分析了其波束图,表明分辨率比常规波束形成有明显提高。实测数据分析表明：超波束方法可以分辨目标与干扰的俯仰角轨迹,对角加载逆波束 MVDR 方法可以获得目标的俯仰角轨迹。研究结果解决了强干扰背景下微弱目标信号俯仰角难以估计的问题,为微弱目标定位提供了新的途径。     

舰载声纳波束稳定与俯仰的研究

当船体发生摇摆或者需要将波束指向不同深度的水层时,需要对舰载声纳的波束进行稳定或俯仰控制。文章推导了甲板坐标系和大地坐标系之间的变换关系,并基于圆柱阵声纳,分析讨论了在不同的波束俯仰角下,圆柱阵换能器二维波束形成的性能。当俯仰角度较小时,在垂直方向上进行粗分层即可达到较好的性能;当俯仰角度较大时,则必须要对各阵元进行更精细的延迟控制。     

时空联合估计权向量的MVDR自适应波束形成方法

为实现短数据条件下权向量的稳定优化估计,提出1种时空联合估计权向量的MVDR自适应波束形成方法。该方法结合时域解析信号的MVDR自适应波束形成算法中构造时域解析信号的方法和直接数据域算法中空间滑动的方法,以减少一半权向量为代价,实现了在更短的数据长度下稳定优化地估计协方差矩阵和权向量。数值仿真实验和海上实验数据处理结果表明:与常规波束形成和直接数据域相比,该方法具有更好的稳定性和更好的波束性能,即主瓣更窄,旁瓣更低,阵增益更高。     

基于FieldⅡ的多波束海底检测性能仿真

基于Field Ⅱ声场仿真工具建立了仿真模型,模拟了平坦以及海底有凸起目标时的海底地形,分别采用常规波束形成器和超波束形成器对模拟的海底回波数据进行处理,结果表明超波束形成器分辨目标的性能更优;应用Monte Carlo方法进行仿真实验,结果表明基于超波束形成器的WMT算法深度估计均值更接近真值、标准差更低,可以有效提升多波束海底检测性能。     

基于二阶锥规划的空域维纳滤波

提出了基于二阶锥规划的空域维纳滤波。基于噪声与阵列流型不相关的特性,将阵列的方向向量作为期望通过二阶锥规划方法对阵列快拍进行维纳滤波。利用维纳滤波抑制噪声的能力,提高阵列的信号检测和方位估计性能。通过仿真研究,验证了单目标时,其低信噪比下的信号检测性能优于Bartlett波束形成,其方位估计的信噪比门限要低于Bartlett波束形成和MUSIC算法,因而是一种优良的波束形成器。该波束形成器用于多波束测深仪和侧扫声纳等海洋测绘设备的阵列,可以有效的提高设备的作用距离和测量精度。     

基于二阶锥规划的空域维纳滤波

提出了基于二阶锥规划的空域维纳滤波。基于噪声与阵列流型不相关的特性,将阵列的方向向量作为期望通过二阶锥规划方法对阵列快拍进行维纳滤波。利用维纳滤波抑制噪声的能力,提高阵列的信号检测和方位估计性能。通过仿真研究,验证了单目标时,其低信噪比下的信号检测性能优于Bartlett波束形成,其方位估计的信噪比门限要低于Bartlett波束形成和MUSIC算法,因而是一种优良的波束形成器。该波束形成器用于多波束测深仪和侧扫声纳等海洋测绘设备的阵列,可以有效的提高设备的作用距离和测量精度。     

基于水听器阵的广义相关波束形成算法研究

传统上都是使用基于常规波束形成(CBF)输出功率的不同进行声源的被动检测和定位。广义相关波束形成,是一种旨在将平均Toep litz相关函数用于估计波束形成的输出功率。从线性矢量水听器阵出发,分析了常规波束形成,对广义相关波束形成(GCBF)进行了深入研究,通过对广义相关波束形成器进行“W ilson”和“Bartlett”加权,可以分别得到FIM(WFIM)和CBF,对这三种波束形成器进行了理论分析和计算机仿真,结果表明三个波束形成器的分辨能力从高到低依次是:FIM、WFIM、CBF。     

高分辨率波束形成器在多波束测深系统中的应用

对于海底地形测量,基于FT波束形成的幅度检测法空间分辨率较低,只能较准确给出有限测点的水深信息;平坦海底前提下,分裂子阵检测法或多子阵检测法可以得到连续测点的水深信息,复杂海底地形条件下,这两种方法均难以应用。能否利用高分辨率波束形成器来提高测深系统的空间分辨率是一个值得研究的问题。使用ESPRIT波束形成器处理了多波束测深系统的试验数据,并就其性能与FT波束形成器进行了比较与分析。     

近场MVDR聚焦波束扫描声图定位方法研究

声图测量技术是一种适用于近场的高精度被动定位技术,可以用来测量舰船辐射噪声源位置的空间分布。声图测量的核心算法是聚焦波束形成。算法的分辨力与阵长、信号处理频段以及目标距离有关。当阵长一定、测量区范围给定时,算法对低频声源的分辨力较差。MVDR波束形成法可较常规波束形成获得更高的分辨力,降低旁瓣。采用MVDR与聚焦波束形成相结合的方法可提高对舰船各部位辐射噪声源的分辨力。     

基于虚拟仪器的水下目标二维角估计

利用LabVIEW软件,通过8通道数据采集卡和均匀圆阵对水下目标的噪声进行采集和处理。结合一维直线阵波束形成理论,实现了对水下目标二维方向角估计实验研究和算法验证。实验证明利用虚拟仪器方便地实现了对水声信号的采集、处理,以及在方位估计时,为传感器布阵和算法的确定提供参考。