基于密度锥削阵sin-FDA的波束方向图研究

频率分集阵列(Frequency Diverse Array, FDA)是作为一种全新的电扫描雷达体制,其方向图所具有的时间-距离-角度三维相关特性在电子对抗和安全通信等领域有广阔的应用前景。一维均匀线性FDA阵列(Uniform Linear Array Frequency Diverse Array, ULFDA)的发射方向图存在角度-距离耦合问题,针对这一问题,在对称子阵密度锥削阵结构的基础上,通过正弦频控函数取代原有的均匀线性函数,得到了FDA的点状波束指向控制方法。此外,针对FDA方向图的时变问题,得到了基于子阵结构的密度锥削阵sin-FDA主波束在角度维指向固定、距离维变化时的结论。     

基于双程方向图的FDA干扰性能分析

针对文献中基于FDA双程图的干扰抑制研究较少的现状,在文献中采用MVDR波束形成器计算最优权矢量方法的基础上展开了进一步的分析.现有文献中关于FDA阵列的研究主要包括基于子阵结构划分的分析;基于非线性频偏增量的分析;基于FDA-MIMO结构的分析以及基于波束形成算法的分析.从4个方面对基于FDA阵列双程图的干扰抑制特性展开分析.仿真验证了在有效修正失配导向矢量的同时,在干扰与目标位置接近的情况下,能够实现对目标位置处增益的保持和干扰位置处的有效置零.     

FDA干扰技术进展及前景综述

不同于相控阵的发射波束只有角度依赖性,频控阵通过在阵元间附加一个频偏,使其发射波束具有距离-角度二维依赖性,可以同时解决波束发射时的角度指向和距离指向问题,这使得频控阵雷达在电子干扰领域具有独特的应用优势。基于此,介绍了频控阵雷达的模型和干扰原理,全面梳理了频控阵雷达干扰领域的研究进展,对频控阵雷达干扰的主要技术进行了系统性总结,分析了频控阵雷达在干扰领域的主要应用前景。结果表明,频控阵通过在距离维上增加一个自由度,使其具有良好的电子干扰效果。     

非理想正交发射信号对频控阵波束的影响

为考察发射非理想正交基带信号对频控阵波束的影响,基于频控阵信号模型引出了基带信号正交问题,从数学上推导频控阵发射非理想正交基带信号情况下的波束表达式,进一步分析匹配接收处理性能.基于频控阵波束发射和匹配接收计算量,提炼出影响分析评估因子,构建了频控阵基带发射信号正交特性与波束、匹配接收性能的定量分析关系.基于6类典型随...     

基于蜂群算法多子阵电台天线波束形成

考虑到战场环境下,低信噪比和敌方干扰容易造成超短波电台通信中断,而鉴于天线阵可以有效提高信噪比和抑制干扰,结合战场电台天线分布特点,提出一种多子阵电台天线应急接收模型。理论分析多子阵电台天线波束形成特性,以消除栅瓣、抑制干扰、提高增益为目标,采用蜂群算法对子阵间距进行优化。仿真结果表明,优化子阵间距可以有效消除栅瓣、抑制干扰、提高增益。同时,与遗传算法和粒子群算法相比,蜂群算法具有更好的全局搜索能力和收敛速度。该研究成果可为超短波电台应急通信提供参考。     

一种基于声矢量阵混响空间特性的窄带目标探测算法

针对声矢量水听器阵主动探测问题，从声矢量混响空间特性方面开展研究。首先，从理论上分析各向同性混响条件下声压阵、振速阵的空间相关系数，指出远距离、长处理帧条件下声压、振速阵列半波长以上阵元间距的各向同性混响近似不相关；然后，以此为基础，给出声矢量圆阵信号接收模型，并针对各向异性、各向同性混响共存情况，给出了一种声矢量解析振速平滑阵列处理方法。该方法充分利用解析振速结构特点，对声压、解析振速阵列数据协方差矩阵进行累加平均，有效减小了不同阵元各向异性混响成分相干性。实测数据结果表明：声矢量解析振速平滑方法的常规波束形成处理与最小方差无畸变波束形成处理的声场级都小于声压阵处理结果，具有更高的目标分辨能力。     

低快拍下模糊径向基神经网络波束形成算法

针对低快拍情况下自适应波束形成算法性能下降,以及权矢量解算过程中协方差矩阵求逆运算量大的问题,针对最小方差无失真响应(MVDR)算法,采用单位阵和采样协方差矩阵的凸线性组合对低快拍下的协方差矩阵进行修正,在此基础上,引入模糊径向基(RBF)神经网络逼近算法权矢量,通过模糊RBF神经网络实现从阵列协方差矩阵到最优权矢量的非线性映射,避免了矩阵求逆运算。仿真结果表明,当低快拍情况下最小方差无失真响应(MVDR)及最小能量无畸变响应(MPDR)算法出现性能下降时,基于模糊RBF神经网络的波束形成算法仍能快速逼近算法权矢量,波束赋形效果较好,同时可实现算法复杂度的降低及计算量的减少。     

频控阵阵列模型及参数分析

相控阵技术现已得到十分广泛的应用,但相控阵存在不能有效控制发射波束距离指向的问题。与相控阵波束指向只具有角度相关性不同,频控阵波束图是时间、角度及距离的函数,这一特性在抑制距离相关性干扰等方面有着巨大的应用价值。频控阵概念被提出后得到了广泛的研究,针对频控阵发射方向图,发射-接收双程图以及非时变方向图的特性进行了系统分析,此外对影响频控阵性能的雷达波束宽度和模糊函数展开了理论推导和具体分析,仿真验证了分析的正确性。     

多径条件下子阵级低角测高算法

针对多径条件下的测高问题,提出了一种子阵级处理新算法.采用均匀子阵划分形成三个子阵;在子阵级解析求出协方差矩阵的正交矢量,进而构造仰角谱,谱峰的位置即目标仰角;还可以估计出复反射系数.仿真分析给出了该方法的性能与SNR、目标仰角以及复反射系数的关系,某米波雷达实测数据检验了该方法的有效性,仰角测量误差达到阵列天线波束宽度的1/84.研究表明:该算法本身不依赖未知的复反射系数,并且信号处理维数低,运算量较低,可以应用在舰载雷达和米波三坐标雷达中.     

声矢量阵降维平行因子模型及方位估计方法

针对原有的声矢量阵三阶PARAFAC(平行因子)模型维数高、参数求解过程运算量大的缺点,建立了一种降维的PARAFAC模型。将声矢量阵看作空间共点的声压传感器子阵和振速传感器子阵,计算各子阵输出数据的自协方差,并构造了三阶张量,最后证明该张量满足三阶PARAFAC模型并利用交替迭代算法估计声源参数。仿真和实测数据表明:该方法可以用于多目标方位估计且估计精度优于超分辨率的ESPRIT算法。     

一种基于虚拟阵元的超波束形成方法

针对超波束形成方法(Hyper Beam-forming,HBF)在实际应用中的不稳定问题,依据阵元间协方差矩阵同一斜对角线上不同元素具有相同相位差的特点,提出了一种基于虚拟阵元的超波束形成方法(Hyper Beam-forming Based on Virtual Array Element,VAEHBF)。该方法按互相关法对接收阵进行虚拟扩展;按HBF思想分子阵分裂波束形成;对分裂波束形成结果进行合成,得到改善的超波束形成结果。数值仿真和实测数据处理结果表明,相比HBF方法,该方法通过对接收阵进行虚拟扩展,在保持分辨力不变的情况下,可进一步提高合成波束增益,对信噪比的适应能力得到了3 dB提高,提高了HBF的目标检测性能及方位估计能力。     

刚性球上圆阵波束设计及性能仿真

分析刚性球对圆阵响应的影响。设计两个特征波束形成阵列,推导了阵列白噪声增益和指向性指数的定量表达式,并和延迟求和波束形成阵列以及不存在刚性球时的白噪声增益和指向性进行了对比分析。仿真结果表明,所设计的两个特征波束形成阵列具有频率不变的指向性,但在低频段牺牲了阵列的鲁棒性;延迟求和波束形成处理在整个频率段具有较好的鲁棒性,但随频率的降低其波束指向性下降。刚性球可以改善阵列的鲁棒性,并能提高延迟求和波束形成阵列的指向性。     

一种多波束接收阵的分析与设计

提出了一种用于接收的多波束半球阵的设计方法.基阵由均匀布放在半球圆周上的5个半波阵子压电换能器组成,阵元间采用“接力”式的工作方式,形成5个并行波束,实现波束对半空间的全向覆盖,并可实现对目标方位的粗略估计.制作出换能器及基阵硬件,通过水池实验验证了该方法的有效性.     

应用改进的LP算法构建虚拟阵的精确定向方法

为了克服传统LP(Linear Predecition)算法在构建虚拟阵过程中存在预测误差容易累积的弊端,提出了一种能够更充分利用实阵信息量的改进LP算法来构建虚拟阵。采用实际基阵方法、传统LP虚拟阵方法和改进LP虚拟阵方法分别对假定基阵的波束性能进行计算机仿真及对湖试数据进行处理成像,研究结果表明,与传统LP方法相比,改进的LP方法能够有效地抑制波束旁瓣,进一步提高了基阵的角度分辨力和阵增益,将其运用于特定试验背景下的实际湖底目标探测,方向分辨精度可提高75%。     

应用改进的线性预测算法构建虚拟阵的精确定向方法

为了克服传统线性预测(Linear Prediction,LP)算法在构建虚拟阵过程中存在预测误差容易累积的弊端,提出了一种能够更充分利用实阵信息量的改进LP算法来构建虚拟阵。采用实际基阵方法、传统LP虚拟阵方法和改进LP虚拟阵方法分别对假定基阵的波束性能进行计算机仿真及对湖试数据进行处理成像,研究结果表明,与传统LP方法相比,改进的LP方法能够有效地抑制波束旁瓣,进一步提高了基阵的角度分辨力和阵增益,将其运用于特定试验背景下的实际湖底目标声探测,方向分辨精度可提高75%。     

基于二阶锥规划的MIMO雷达稳健自适应波束形成

针对MIMO雷达自适应波束形成中期望目标导向矢量的失配问题,提出了一种基于二阶锥规划(SOCP)的稳健自适应波束形成算法。该算法首先将1个MN维(M,N分别为发射和接收阵元数)的权矢量分解成2个低维(1个M维和1个N维)权矢量的Kronecker积,然后分别限制实际的目标发射导向矢量和目标接收导向矢量与假定的导向矢量之间的误差范数的边界,通过优化最差性能,利用SOCP求得分解后的2个权矢量,最后再合成原权矢量。通过降维处理,算法在保证波束形成器性能的基础上,有效地降低了运算复杂度。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于声矢量阵的宽带波束域高分辨方位估计

宽带信号波束域处理是实现水下目标高分辨方位估计的重要途径,它相对阵元域具有运算量小、分辨信噪比门限低以及角度分辨力高的优点。声矢量阵单个阵元能同时测量声场中的声压量和3个正交的质点振速分量,相对于声压阵,它能获取更多的声场信息。因此通过均匀声矢量阵运用MUSIC算法对宽带信号源波束域DOA估计进行了研究,改善了对弱相干信号源的方位分辨和估计性能,实验所获得的仿真结果表明了该方法具有较高的参考价值。     

频率响应软约束的宽带自适应波束形成

针对常规线性约束最小方差(LCMV)波束形成中输出信干噪比(SINR)较低问题,提出了基于频率响应软约束的宽带自适应波束形成方法,该方法在LCMV波束器的约束条件基础上,增加对期望方向阵列频率响应软约束,可以得到近似无失真信号输出,同时增加波束抑制干扰噪声能力,提高输出SINR性能.仿真结果验证了该方法的有效性.     

一种适用于非合作源雷达的波束形成技术

非合作源雷达要完成对运动目标的检测,必须能够有效地抑制强烈的直达波信号。常规的波束形成方法在存在阵元误差的情况下,其性能将显著下降。提出的数值式波束形成算法既可以实现误差校正,又能在已知的干扰方向上形成较深的零陷,且能保持主瓣的形状和限制副瓣的响应。     

基于子协方差阵加权的三星时差定位数据综合

为提高三星时差定位系统的定位精度,需要将系统在不同时间得到的多个定位估计结果进行统计综合。本文提出了一种基于子协方差阵加权的定位数据综合算法。该算法根据单点定位精度分析结果,先利用定位误差协方差的二维子阵的逆矩阵作为权矩阵,通过加权最小二乘估计目标空间三维坐标位置中的其中两维,再利用WGS-84地球模型求解另一维坐标。仿真实验表明,相比已有算法,所提新算法可以明显提高定位精度。