宽带波束形成

摘要： 目的:提出一种改良的稳健宽带波束形成器设计方法。方法:基于现有失配误差圆模型设计方法,利用泰勒公式对失配误差圆模型进行重构和改写,提出修正的基于最差性能优化的稳健设计代价函数,并利用凸优化理论完成优化设计。结果:该方法优化了设计步骤,并在不同阻带参数约束下进行仿真实验。提出的方法能够在适当的条件下获得与原方法相当的波束响应性能,更重要的是,能够在苛刻的约束条件下,不牺牲稳健性能的同时保证波束响应通带性能。结论:该方法克服了原设计方法的不足,在保证波束响应稳健性能的前提下,提高了苛刻设计参数下的宽带波束形成器性能。

摘要： 针对宽带空时自适应波束形成中,增加抽头延迟线(TDL)数目导致空时维度增大从而计算量增加的问题,提出了一种改进的宽带自适应波束形成器.此改进结构基于Frost空时自适应处理的线性约束最小方差(LCMV)准则,抽头数目为空时Frost结构的一半,将阵列分为两类通道,奇通道和偶通道,奇通道选择抽头奇数阶时延间隔,偶通道选择抽头偶数阶时延间隔,在保证具有相同干扰性能基础上可大大降低空时维度与运算量.在理论上进行了干扰抑制性能分析,证明了改进结构与Frost空时结构干扰抑制之后的输出期望功率相同,亦证明了在阵元数目满足大于等于4的偶数时,其抗宽带噪声干扰后干扰剩余功率也与Frost空时结构的相同,影响两种结构输出信干噪比(SINR)的只有噪声部分.最后对比仿真证实了此改进结构的性能与理论分析的正确性与一致性.此结构可应用于宽带空时自适应处理中,具有一定的高效性.

摘要： 在宽带波束形成中,若干扰信号从主瓣方向进入,会引起主瓣畸变、旁瓣电平抬高,从而使波束性能严重恶化.为了解决波束形成中的这些问题,研究了一种基于协方差矩阵重构和特征投影预处理(EMP)的宽带波束形成算法.该算法首先通过EMP算法求取阻塞矩阵,对接收信号进行干扰相消预处理阻塞掉主瓣干扰;然后通过相干信号子空间(CSM)方法、协方差矩阵重构求取合理的协方差矩阵;最后进行波束形成.在主瓣干扰、旁瓣干扰同时存在的情况下,该算法能够自适应地阻塞主瓣干扰、抑制旁瓣干扰,解决了存在主瓣干扰情况下宽带波束形成的波形畸变问题.计算机仿真验证了该算法的有效性.

摘要： 基于窄带波束形成Olen-compton的思想,提出了一种恒定幅度宽带波束形成算法.该算法通过在主瓣区域加入虚拟干扰,对主瓣宽度进行调整,其目的是为了使各个频率的波束宽度不发生变化,实现束宽的恒定.仿真实验结果证明了通过在主瓣区域内加入虚拟干扰从而调整波束的主瓣宽度是切实可行的,因而可以应用于宽带信号的恒定束宽.

摘要： 针对宽带信号的波束形成问题,利用Olen和Compton的自适应窄带波束优化设计方法的原理,提出了基于Olen-Compton的恒定响应宽带波束形成算法.该算法利用DFT将宽带信号划分为若干窄带信号,通过在各个窄带信号的主瓣和旁瓣同时增加虚拟干扰,来调节窄带波束,使得当前波束与参考波束整体近似相等,达到恒定束宽的目的.计算机仿真实验结果表明,该算法实现了宽带信号的恒定束宽,达到了宽带波束形成的目的.

摘要： 在相干信号子空间法中确定聚焦矩阵时,对初始方向估计的偏差和聚焦频率选择的偏差都会影响最终的聚焦效果,甚至会使算法失效.针对这个缺陷,提出了一种双重优化的宽带聚焦波束形成算法.该算法利用稳健Capon波束形成算法对聚焦矩阵进行修正,使宽带信号通过修正的聚焦矩阵全部聚焦在最佳聚焦频率上,再对窄带数据利用2阶锥方法实现波束形成.计算机仿真以及湖试实验结果表明,该算法在保证波束恒定的前提下,在各个频率点都具有更低的旁瓣级.%When the focusing matrix is identified in the coherent signal-subspace method,the deviation of the initial direction and the deviation of focusing frequency selection have an effect on the final focusing effect,even making the algorithm fail.A dual optimized broadband beamforming algorithm is presented.The algorithm is to use the robust Capon beamforming algorithm to correct the focusing matrix,the broadband signals are focused on the best focusing frequency by the corrected focusing matrix,and the narrowband signals are beamformed by the second-order cone programming algorithm.The computer simulation results and lake experiments show that the proposed algorithm can make the beam constant,and lower the sidelobe level at each frequency point.

摘要： 主要介绍了一种分段重叠式宽带波束形成器在FPGA上的实现方法,此方法在常规波束形成的基础上将数据进行分段处理.其主要功能包括:形成基阵接收系统的方向性;进行空域滤波,提高信噪比;估计信号到达方向,进行多目标分辨等.通过实验证明,FPGA处理的结果与MATLAB仿真的数据结果具有较小的误差,信号还原率非常高.为波束形成在FPGA硬件设计中的正确性和可靠性提供了依据.%This paper mainly introduces a piecewise overlapping wideband beamforming device in FPGA implementation method,seg mentation method in the conventional beam forming will be the basis of the data is calculated.Its main functions include:forming the direction of receiving system array;conduct spatial filtering to improve SNR;estimate the signal doa,multi-object resolution and so on.Experimental verification,The FPGA processing results with MATLAB simulation results of the data with smaller error,signal reduction rate is very high.Provide a basis for the correctness and reliability for beamforming in the FPGA hardware design.

摘要： 在宽带波束形成技术中,当系统存在主瓣干扰时,通常会导致主瓣畸变、 副瓣电平抬高,波束性能严重下降.传统的宽带恒定束宽波束形成算法只能做到主瓣保形,不能有效抑制干扰.因此,提出一种有效抑制主瓣干扰的宽带恒定束宽波束形成算法.该算法构造分频段阻塞矩阵,在数据域实施干扰相消预处理;补偿预处理带来的信号包络误差,在各频段频率中心采用二阶锥规划方法实现宽带波束的恒定束宽设计.该算法在实现期望信号无失真接收的同时,能有效抑制主瓣干扰.应用计算机仿真验证了该算法的有效性.

摘要： 针对传统空时结构宽带波束形成器结构复杂、计算量大和稳健性差的问题，提出低复杂度的稳健宽带波束形成算法。首先给出频率变化时阵列响应相位，分析频率变化与角度变化对阵列响应相位的影响。通过对期望信号不同频点施加阵列响应幅度和相位约束，补偿不同频率间的阵列响应相位差来实现无需延迟线或FIR／IIR滤波器结构的稳健宽带波束形成。然后分析频率和角度同时变化对阵列响应相位的影响，在期望信号来向附近引入辅助方位角，进一步提高期望信号来向趋于零度和相对带宽较小时算法的稳健性。理论分析与仿真实验表明，本文算法结构简单，计算复杂度较低且具有较好的稳健性。%To solve the computation complexity and robust problems of conventional space‐time wideband beamformer structure ,a low complexity robust algorithm is proposed .Firstly ,the array response phase when the frequency changes is given ,and the influence of frequency change and angle change on the phase of array response are analyzed .Through imposing magnitude and phase constraints to compensate the phase differences between different frequencies for desired signal ,robust wideband beamforming is a‐chieved without delay lines or FIR/IIR filter .Furthermore ,by analyzing the impact on array response phase when the frequency and angle change simultaneously ,the auxiliary azimuth in the vicinity of de‐sired signal is taken into account ,and the robustness of the algorithm is improved when the arrival direc‐tion of the desired signal tends to zero and the relative bandwidth is small .The theoretical analysis and simulations show that the algorithm has simpler structure ,lower computational complexity ,and better robustness than traditional algorithm .

摘要： 数字阵列雷达工作于宽带成像模式下，需要进行宽带数字波束形成。本文总结分析了频域、时域以及聚焦三种宽带波束形成方法的原理，给出了三种波束形成器在FPGA中的实现结构;分析对比了三种方法的波束形成效果以及硬件资源的耗用情况，给出了最适合在FPGA中实现的一种方法。

摘要： 本文提出了一种时域宽带波束形成的内插FIR滤波器设计方法.该方法首先在设计频段内选取几个频率点并设计得到相应的窄带波束优化权系数,然后利用一种内插技术设计得到合适的FIR滤波器组以使整个频段上的宽带波束得以实现.这种方法可以避免将设计频带划分过细,从而降低了时域宽带波束形成问题中过重的设计负担.计算机仿真设计结果表明了本文方法的有效性.

摘要： 目前应用在声呐中的宽带波束形成方法主要基于频域的相移实现波束形成.对于宽带信号,根据划分的子带中心频率来进行相位补偿,这种分块处理方法使得块与块之间的相位无法衔接,不能给出真正连续的时间波形.所以应用于听音识别的波束形成只能通过时域完成.本文重点研究了改进的数字移位和加窗FIR滤波器相结合的小数时延宽带波束形成方法，并且着重分析了舰船辐射噪声仿真信号处理前后信号的相关性。并且考虑到LabVIEW具有并行处理运算速度快可以和硬件直接连接实现实时处理等优势，本文算法采用LabVIEW仿真实现。本文首次通过LabVIEW 实现了小数时延波束形成，仿真结果表明：采样频率为源信号两倍时即可实现方位估计；处理后的信号和源信号相关性较高，当采样频率为源信号10倍以上，增大采样频率，相关系数变化不大；采用LabVIEW 算法运行速度较MATLAB快，特别是在多任务块可以并行处理的情况下。

摘要： 宽带信号相比于窄带,有更好的距离分辨率.但是,在同等阵列结构条件下,窄带波束形成仅需要考虑信号来向对导向矢量的影响,而宽带波束形成还需要考虑带宽内信号频率变化的影响.同时,在阵列设计中,较大的阵元数目往往伴随着硬件成本高、体积大和系统功耗高等问题.为此,国内外学者提出了稀疏阵列设计,即,通过一定的策略去除均匀阵列中的部分阵元,但会导致波束的旁瓣峰值电平抬高.本文采用了多测量向量、凸优化理论和恒定束宽的宽带波束形成技术，针对接收带宽为160kHz的宽带信号，在确保多个波束的旁瓣峰值电平都不高于-22dB的情况下，设计出稀疏率为1/3的稀疏半圆阵列，用于深海多波束声纳系统.

摘要： 本文介绍了一种宽带语音信号的波束形成方法,针对语音信号在远距离传播上衰减和干扰都较高的特性,对波束形成后的信号在频域上进行维纳滤波,得到一个比较高的信噪比.实验证明,波束形成在语音增强方面有着显著的作用,能提高信噪比,因此可以运用于远距离语音增强技术.

摘要： 光纤水听器阵列工作频带很宽，直接进行宽带波束形成处理得到的波束很不理想，但是对于固定尺寸的宽带光纤水听器均匀线列阵，对应于低频段的波长来说，阵元间距远小于半波长，在低频段时会出现超增益现象。本文利用这一特性，将超增益技术用于光纤水听器阵列，用超增益波束形成方法代替传统的常规波束形成方法。理论和仿真表明：对于带宽为0．2~6KHz的光纤水听器阵列，相对于传统的常规波束形成(CBF)，超增益波束形成的波束主瓣变窄，同时阵列增益得到了提高。超增益波束技术对于低频超宽带的光纤水听器阵列的工程应用具有重要的参考价值。

摘要： 在波束形成后期处理中,电磁环境中存在着有意干扰或无意干扰.针对干扰信号对宽带时延控制多波束形成性能影响较大的问题,研究了宽带光控相控阵列波束形成后期处理中的宽带波束域信道化干扰对消算法,提出了部分波束参与的干扰对消算法.仿真分析了干扰对消对波束方向图的影响,干扰方向误差对干扰对消的影响,以及部分波束参与的干扰对消性能.仿真结果表明,在实际处理中可以尝试用部分波束参与的干扰对消取代全波束参与的干扰对消.

摘要： 在波束形成后期处理中,电磁环境中存在着有意干扰或无意干扰.针对干扰信号对宽带时延控制多波束形成性能影响较大的问题,研究了宽带光控相控阵列波束形成后期处理中的宽带波束域信道化干扰对消算法,提出了部分波束参与的干扰对消算法.仿真分析了干扰对消对波束方向图的影响,干扰方向误差对干扰对消的影响,以及部分波束参与的干扰对消性能.仿真结果表明,在实际处理中可以尝试用部分波束参与的干扰对消取代全波束参与的干扰对消.

摘要： 在波束形成后期处理中,电磁环境中存在着有意干扰或无意干扰.针对干扰信号对宽带时延控制多波束形成性能影响较大的问题,研究了宽带光控相控阵列波束形成后期处理中的宽带波束域信道化干扰对消算法,提出了部分波束参与的干扰对消算法.仿真分析了干扰对消对波束方向图的影响,干扰方向误差对干扰对消的影响,以及部分波束参与的干扰对消性能.仿真结果表明,在实际处理中可以尝试用部分波束参与的干扰对消取代全波束参与的干扰对消.

摘要： 在波束形成后期处理中,电磁环境中存在着有意干扰或无意干扰.针对干扰信号对宽带时延控制多波束形成性能影响较大的问题,研究了宽带光控相控阵列波束形成后期处理中的宽带波束域信道化干扰对消算法,提出了部分波束参与的干扰对消算法.仿真分析了干扰对消对波束方向图的影响,干扰方向误差对干扰对消的影响,以及部分波束参与的干扰对消性能.仿真结果表明,在实际处理中可以尝试用部分波束参与的干扰对消取代全波束参与的干扰对消.

摘要： 本发明提供了一种用于环形阵的时域宽带谐波域波束形成器及波束形成方法，所述的波束形成器包括：谐波变换模块和波束图合成模块。将阵元接收数据采样后通过谐波变换模块，再对谐波变换模块输出的各阶圆环谐波域数据通过对应的FIR滤波器后求和，获得波束输出。利用该波束形成方法使得到的时域宽带谐波域波束能够兼顾波束形成器多个性能指标，并可以适当减少需要兼顾的性能指标数目，即根据实际需要对代价函数与约束函数进行适当选择，不同的约束组合构成不同的波束优化准则，故具有很强的实用性和广泛应用的适应性；且将经典阵元域波束形成中的通道数M降为本发明中谐波域处理的N+1(其中M＞2N)，降低了计算量。

摘要： 本发明涉及一种用于球面阵的时域宽带谐波域波束形成器及波束形成方法，该波束形成器包括：谐波变换模块、波束导向模块和波束图合成模块；所述的谐波变换模块，用于对传感器阵列接收的数据采样进行球谐波变换，得到谐波域数据；所述的波束导向模块，用于对谐波域数据进行加权与部分求和处理，输出导向后的谐波域数据；其特征在于，所述的波束图合成模块为基于FIR滤波器的波束图合成模块，波束导向后输出的各阶谐波域数据分别通过一个FIR滤波器，再对各FIR滤波器输出求和，获得波束输出时域数据。该方法对导向后的各阶谐波域数据进行FIR滤波求和处理，所述的各阶谐波域数据分别通过一个FIR滤波器，再对各FIR滤波器输出求和，获得时域波束输出信号。

摘要： 本发明提供了一种用于环形阵的时域宽带谐波域波束形成器及波束形成方法，所述的波束形成器包括：谐波变换模块和波束图合成模块。将阵元接收数据采样后通过谐波变换模块，再对谐波变换模块输出的各阶圆环谐波域数据通过对应的FIR滤波器后求和，获得波束输出。利用该波束形成方法使得到的时域宽带谐波域波束能够兼顾波束形成器多个性能指标，并可以适当减少需要兼顾的性能指标数目，即根据实际需要对代价函数与约束函数进行适当选择，不同的约束组合构成不同的波束优化准则，故具有很强的实用性和广泛应用的适应性；且将经典阵元域波束形成中的通道数M降为本发明中谐波域处理的N+1(其中M＞2N)，降低了计算量。

摘要： 本发明涉及一种用于球面阵的时域宽带谐波域波束形成器及波束形成方法，该波束形成器包括：谐波变换模块、波束导向模块和波束图合成模块；所述的谐波变换模块，用于对传感器阵列接收的数据采样进行球谐波变换，得到谐波域数据；所述的波束导向模块，用于对谐波域数据进行加权与部分求和处理，输出导向后的谐波域数据；其特征在于，所述的波束图合成模块为基于FIR滤波器的波束图合成模块，波束导向后输出的各阶谐波域数据分别通过一个FIR滤波器，再对各FIR滤波器输出求和，获得波束输出时域数据。该方法对导向后的各阶谐波域数据进行FIR滤波求和处理，所述的各阶谐波域数据分别通过一个FIR滤波器，再对各FIR滤波器输出求和，获得时域波束输出信号。

摘要： 本发明公开了一种基于FPGA的稳健波束切换宽带数字波束形成装置，包含顶层控制模块、时延与相位补偿值解算模块、相位补偿复权值计算模块、整数时延及小数滤波器系数计算模块、主通道数据移相延时模块、辅助通道数据移相延时模块、数据通道切换模块、数据合成模块。本发明实现了宽带数字波束形成数据在波束切换时数据不间断，优化了分数时延滤波器资源占用，提高了宽带数字相控阵天线的信号数据稳定性。

摘要： 本发明公开了一种自适应宽带加权波束形成方法，包括以下步骤：基于获取的各子带阵数据，计算各子带的平均能量；设定可调控制参数，并基于各子带的平均能量，计算对应的各对角加载量幅度加权算子；对各子带阵数据进行幅度加权处理，得到各子带幅度加权后的阵数据；利用各幅度加权后的阵数据迭代计算对应的各协方差矩阵的逆；基于子带协方差矩阵的逆，利用最小方差无畸变波束形成器计算宽带空间谱。本发明在基阵的频域阵数据上进行基于对角加载量的幅度加权处理，并结合迭代求逆方法，可保证求逆稳定的同时提升宽带检测性能，而且计算效率得到很大提高。本发明可解决检测性能好的频率分量过加载从而影响宽带检测信息的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于宽带聚焦波束形成的未知波速地表震源定位方法，本发明不依赖于面波速度先验知识的情况下，可以实现对地面震动源的精确定位，同时能够给出面波速度的估计值，通过基于FFT算法计算频域数据矩阵、计算有效频域子带范围以及对频域数据矩阵进行截取，在很大程度上提高了接收信号的信噪比，有效降低了噪声对目标定位精度的影响，有助于提升最终的定位性能，计算得到的波束形成器输出功率包含了地震面波信号所有频率成分的功率，在很大程度上提高了系统的处理增益，因而有助于提高目标定位精度和目标探测距离。

摘要： 本发明提供了宽带波束形成设备，宽带波束导向设备及相应的方法。为能够用于宽带数字波束形成并提供高精度成像，提出的波束形成设备包括：宽带发送单元，其包括向场景发送辐射的至少一个发送天线，其中发送信号的频率在一个宽带频率范围内以确定的方式随时间变化；接收器单元，其包括至少两个接收天线和至少一个接收部件，从场景接收辐射并从接收辐射中生成接收信号；以及波束形成单元，其通过利用波束形成权重执行波束形成，以形成接收波束并从接收信号中获得形成波束的输出信号，其中对接收信号的不同样本或连续样本群组来说，样本表示在不同频率处的接收信号，依赖于频率的权重用于波束形成，该依赖于频率的权重适合于产生预定形状的接收波束。

摘要： 本发明提供了宽带波束形成设备，宽带波束导向设备及相应的方法。为能够用于宽带数字波束形成并提供高精度成像，提出的波束形成设备包括：宽带发送单元，其包括向场景发送辐射的至少一个发送天线，其中发送信号的频率在一个宽带频率范围内以确定的方式随时间变化；接收器单元，其包括至少两个接收天线和至少一个接收部件，从场景接收辐射并从接收辐射中生成接收信号；以及波束形成单元，其通过利用波束形成权重执行波束形成，以形成接收波束并从接收信号中获得形成波束的输出信号，其中对接收信号的不同样本或连续样本群组来说，样本表示在不同频率处的接收信号，依赖于频率的权重用于波束形成，该依赖于频率的权重适合于产生预定形状的接收波束。

摘要： 本发明公开了一种宽带波束切换系统，包含：扫描权值生成模块，用于输出对应空间中不同指向角度的扫描权值；波束空间扫描模块，与所述扫描权值生成模块连接，用于完成波束的空间扫描；干扰方向求取模块，与所述波束空间扫描模块连接，用于计算干扰信号的方向；权值选取逻辑模块，与所述干扰方向求取模块连接，用于输出权值选取控制信号；波束形成权值生成模块，与所述权值选取逻辑模块连接，用于输出生成权值；波束形成模块，与所述波束形成权值生成模块连接，用于形成波束。本发明还公开了一种宽带波束切换方法。本发明能够减小宽带波束形成系统的运算量，同时提高了系统的稳健性。