阵列宽带Lamb波在结构损伤检测中的应用

阵列信号处理中的空间谱估计可以对信号源进行辨别和定位,于是通过采集在结构上布置的阵列传感器Lamb波信号用来检测损伤发生的位置。通常,大多数空间谱估计方法均以窄带信号为假定,在很多基于Lamb波的结构损伤检测中,为了减小频散特性的影响,大多数研究以Lamb波为窄带信号进行分析,但无限窄的激励信号是物理不可实现的。因此,其在多数情况下Lamb波信号并不符合窄带信号假定,更应被认为是一种宽带信号来进行处理。进而利用空间谱估计中宽带信号非相干子空间处理方法（Incoherent Signal Subspace Method,ISM）中阵列接收的宽带Lamb波信号进行处理,检测出结构发生单一损伤时的损伤位置。随后,当结构损伤与边界反射波有叠加时会引起损伤信号相干,采用宽带信号相干子空间方法（Coherent Signal Subspace Method,CSM）对损伤位置进行检测,得到了较好的结果。     

聚焦变换在MIMO阵列方位估计中的应用

MIMO阵列是近年来信号处理领域提出的一种新体制阵列技术,可有效避免常规阵列中的相干源问题。为解决多载波造成的方位模糊,提出了一种基于聚焦变换的MIMO阵列目标方位估计方法。该方法将MIMO阵列接收信号分解为多个频率分量的信号,并通过聚焦算法将多个频率信号聚焦到同一信号子空间,然后对聚焦后的信号进行方位估计。仿真结果表明:与直接对MIMO阵列接收信号进行方位估计相比,该方法利用了MIMO阵列的回波不相干性和宽带信号能量,具有更好的分辨能力和更高的方位估计精度。     

三角形耦合本振阵列天线波束形成技术

以对称三角形耦合振荡器阵列为本振阵列,分析了耦合本振振荡器的相位控制原理,推导了耦合本振稳定同步形成均匀的平面相位分布,且反对称地调节边界单元的自由振荡频率,可改变本振信号的线性相位分布,确定了加权矢量,得出波束形成方向图,并通过仿真验证了三角形耦合本振阵列天线阵接收波束形成的可行性。     

基于耦合振荡器阵列的接收波束形成系统

设计了基于耦合振荡器阵列的非线性有源天线阵接收波束形成系统,详细分析了阵列线性相位分布控制技术,最后对该接收系统的性能进行了计算机仿真验证。     

基于空域稀疏性的宽带DOA估计

利用宽带阵列接收信号的空域稀疏性,将宽带信号的波达方向(DOA)估计转化为一个稀疏信号重构的问题,提出了一种新的宽带信号DOA估计算法。该算法将宽带信号分解为多个子带信号,联合利用多个子带信号的空域稀疏性进行重构。它是对用于稀疏重构的标准的稀疏贝叶斯学习算法的推广,可适用于多冗余字典的信号模型。另外,通过对多快拍的阵列接收信号进行奇异值分解(SVD),提取信号子空间作为算法的输入数据,可以在有效减少运算复杂度的同时,提高对噪声的稳健性。与传统的宽带阵列DOA估计方法相比,该算法能够用于低信噪比、快拍有限和信源相关性较高的场合,同时算法的性能对信源个数的估计值不太敏感。仿真实验表明,该算法相对现有的基于子空间类的方法,具有更好的DOA估计性能。     

空域滤波器组对雷达阵列合成距离像的影响分析

为了简化雷达系统硬件设计和降低成本,可以使用多个窄带成分来合成宽带信号,从而获得满足实际需要的合成距离像。针对合成宽带信号和雷达阵列的特点,详细分析了结合合成宽带信号及传统空域滤波器组情况下所合成距离像的失真原因,指出合成距离像的失真由形状变形和位置平移两部分组成,且这两种失真分别由各个空域滤波器输出幅度和相位的波动所引起。同时,推导出计算对应相位和幅度失真度的理论公式,并由此给出了当合成距离像存在可接受失真时阵列的临界条件。计算机数值仿真结果验证了以上结论。     

基于耦合振荡器阵列的天线接收技术

论文根据耦合振荡器阵列提供一组均匀相位分布本振信号的接收原理,推导了一维线性和二维矩形耦合本振阵列产生均匀相位分布的控制方法,并对耦合本振阵列的稳定性进行了分析,为耦合振荡器阵列在天线接收技术中的应用提供理论参考。     

基于矩阵填充的二维自适应波束形成算法

针对基于矩阵填充的二维自适应波束形成问题,提出一种基于奇异值门限(SVT)的特征分解线性约束最小方差(SVT-ELCMV)算法。首先建立二维自适应波束形成矩阵填充模型,其次验证接收信号矩阵满足零空间性质(NSP),并分析最小可恢复阵元数,最后以SVT算法将稀疏阵列信号恢复为完整信号,并通过修正的特征分解线性约束最小方差(LCMV)形成有效波束。算法解决了稀疏阵列平均副瓣大幅度上升的缺陷,且在平面阵列部分阵元无法正常工作时依然有效。计算机仿真表明:SVT-ELCMV算法可使稀疏阵列具有与完整阵列相同的二维波束形成能力,并可有效抑制干扰信号,验证了算法的有效性和优越性。     

单脉冲二次航管天线旁瓣抑制波束优化设计

<正>本文提出一种单脉冲体制二次航管天线阵的波束形成网络设计方法。通过设计波束形成网络中耦合器、功分器参数,调节各天线单元的权值,形成特定的和波束、差波束、后向波束。利用差波束在阵列端射方向的高增益特性,将其与和波束、后向波束合成,形成对和波束覆盖率高的旁瓣抑制波束,减少应答机的误应答。     

基于分布式地面站天线的空间功率合成

卫星导航系统(GNSS)地面站天线对卫星进行上行注入时,信号到达卫星时较弱,容易受到干扰,故地面站注入天线需同时具备平时多目标注入和干扰时单目标功率增强的能力。利用卫星导航系统中地面站之间能够实现精密时间同步的特点,提出了一种基于分布式卫星导航地面站抛物面天线的空间功率合成方法,使用相位预补偿实现分布式天线阵到达目标卫星信号的相位粗同步;分析了相位误差、辐射功率误差对空间功率合成效率的影响,得到了阵元初始相位标定精度与相对定位精度的约束关系;并对合成信号的抗干扰能力和信号质量进行了研究。理论和仿真结果表明,当相位精度因子小于0.2时,4个等辐射功率天线在10°仰角以上波束扫描范围内的功率合成效率均在75%以上,且可以通过控制初始相位标定精度与相对定位精度实现更高的合成效率;而在合成效率要求75%以上时,天线辐射功率误差对合成效率的影响基本可以忽略。采用分布式波束扫描天线能够对地面站上行注入进行功率增强,可实现注入波束和功率的灵活配置,有效解决制约机动式和小型化地面站功率提升的瓶颈问题。     

Wideband array antenna concept

This presents a unique wideband array concept that includes a wideband array aperture incorporating radiating elements of different sizes and inter-element spacings. The array is a fully-filled aperture consisting of a core region surrounded by several layers of radiating elements which increase in size. By proper selection of the core region and the number of layers, one can form a beam with specified beamwidth over a five to one frequency range. The proposed concept considerably reduces the cost and complexity by decreasing the effective number of radiating elements and the corresponding receive or transmit modules. Numerical simulation results, ignoring the mutual coupling effects, are presented for array patterns at several frequencies to prove the concept. A possible beamforming concept is also included. Additional work is planned to prove the viability of the concept by taking the mutual coupling into account.     

Design and implementation of near-field, wideband synthetic aperture beamformers

A coarray-based near-field, wideband synthetic aperture beamformer using stepped-frequency signal synthesis and post-data acquisition processing is presented. While coarray techniques offer significant reduction in the number of array elements for a given angular resolution, the hybrid subarray-stepped frequency realization of wideband systems simplifies implementations and offers flexibility in beamforming. Proof of concept is provided using real data collected in an anechoic chamber for several pulse shapes and array weightings.     

Digital beamforming calibration for FMCW radar

Three sources of beamforming deterioration are identified for an FMCW radar. These all relate to time-of-arrival and cable delays. There are small range-dependent phase errors at the receiver outputs. The delays cause frequency shifts, which produce phase errors at the discrete Fourier transform (DFT) outputs after ranging. These frequency shifts cause amplitude errors when the signals are resolved into the same range bin. Two methods of compensating for phase and amplitude errors are proposed. The first corrects for phase errors prior to beamforming. Amplitude errors are ignored but the residual error is usually small. The second method aligns the receiver frequencies digitally before ranging. This eliminates the phase errors and the amplitude errors at the DFT range estimates     

基于常规多普勒滤波器组结构的合成宽带距离像性能分析

为了消除散布效应对宽带信号的不利影响,可以利用多个窄带信号合成宽带信号;同时,通过在子带内处理相干脉冲串,可进行杂波抑制、目标速度估计和区分不同速度的目标。然而,在子带内分别使用常规多普勒滤波器组,会引进多普勒散布效应所造成的输出失配误差,从而造成合成距离像的失真。分析了多普勒散布效应与子带常规多普勒滤波器组输出失配之间的关系,推导了运动目标通过滤波器组后所成高分辨距离像的距离走动公式,给出了适合子带常规多普勒滤波器组的目标速度临界值。仿真实验验证了以上结论。     

一种宽带阵列幅相与互耦误差联合校正算法

宽带数字阵列雷达接收通道中存在随频率变化的幅相误差和互耦误差,会严重影响雷达性能。针对这一问题,提出了一种宽带数字阵列幅相与互耦误差联合校正算法。首先选取通带内多个离散频点,对于每个频点,将幅相误差和互耦误差作为一个整体,采用基于子空间原理的窄带校正算法估计其阵列失真参数,并计算校正矩阵;然后将其组合起来,构成频域离散校正矩阵;最后基于最小二乘准则,设计了宽带有限长脉冲响应(FIR)校正滤波器矩阵。利用该矩阵,可实现通带范围内任意带宽入射信号的校正。计算机仿真实验验证了该算法的有效性。对实测数据的处理结果表明该算法在宽带数字阵列雷达系统中具有实用价值。     

Interference in the 121.5/243 MHz SARSAT Frequency Bands

In the SARSAT signal environment it is possible to receive many(5 to 20) simultaneous emergency beacon signals combined with voice and interference of various types, all simultaneously occupying essentially the same frequency-time space. The paper first provides a survey of the different sources of interference which occur in the 100 to 500 MHz frequency band. Then the paper examines those sources of interference which enter the 121.5/243 MHz frequency bands of the SARSAT system.     

宽带信号去斜脉冲压缩处理方法的研究

宽带信号广泛应用于雷达、导航和卫星通讯等领域。宽带信号的传统接收处理方法主要是采用匹配滤波或子带分割技术。本文用去斜脉冲压缩处理方法处理宽带信号,给出了具体的实现结构和改进措施,分析了如何选择系统的信号采样频率,同时还给出了脉压波形的仿真结果及性能分析。实验表明:对中心频率为9.5GHz、带宽1.3GHz、脉冲宽度30μs的宽带线性调频信号,采用该方法处理只需90MHz采样数据率,大大降低了数据采集的难度。     

分布式接收宽带多目标信号盲检测迭代处理方法

随着软硬件技术的飞速发展和宽带接收机的广泛使用,频谱检测向着高瞬时带宽的方向发展,传统基于信道化处理的频谱检测方法存在搜索速度慢、处理效率低下的问题。文章提出了 1种新的分布式接收宽带多目标信号盲检测迭代处理方法,在无须预先知道信号数目及信号频谱位置的情况下,能够实现特定虚警概率多信号盲检测,具备较高的灵活性和稳健性。首先,在对信号特征进行分析的基础上,通过构造线性模型,将分布式接收多目标信号检测转化为线性模型求解问题进行处理;然后,基于贝叶斯多参数联合求解模型,在对未知参数先验分布进行合理假设的基础上,推导了各未知参数变分分布及信号检测门限的解析表达式,采用变分分布软信息迭代的方式实现多传感器信号、多参数联合估计,并利用每次迭代参数估计结果,对信号检测门限进行更新,通过置零操作实现预设虚警概率下的多信号盲检测;最后,通过仿真实验对所提方法性能进行了分析,并与相关方法进行了对比。仿真结果表明,所提方法能够有效利用多路接收信号信息,实现宽带未知多目标信号的盲检测,有效提升短数据下的算法处理效能,与现有方法相比,在接收单元数目较多以及信噪比较低时具有明显优势。