基于OpenCL的FPGA异构平台聚焦波束形成算法实现

1

作者 徐逸强 《声学与电子工程》 2025年第1期44-47,共4页

聚焦波束形成涉及的分段聚焦补偿方法,计算量大,要求处理的实时性强,因此对硬件设备的计算和存储性能要求较高。文章采用基于OpenCL的FPGA异构平台,实现一套7个景深的聚焦波束形成算法,较CPU具有3.88的加速比。仿真实验结果证实了算法... 聚焦波束形成涉及的分段聚焦补偿方法,计算量大,要求处理的实时性强,因此对硬件设备的计算和存储性能要求较高。文章采用基于OpenCL的FPGA异构平台,实现一套7个景深的聚焦波束形成算法,较CPU具有3.88的加速比。仿真实验结果证实了算法结果准确性,并具有较高的计算效率。 展开更多

关键词 OPENCL FPGA 异构平台 计算加速 聚焦波束形成

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基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法

2

作者 马超 梅继丹 陈奕宏 《声学技术》 CSCD 北大核心 2024年第2期275-280,共6页

为了提高双线阵聚焦波束形成在阵元数少或频率低时的定位精度,文章研究了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。首先在测量区内对双线阵接收信号进行球面波补偿,给出噪声源分布的声图信息。然后根据阵型的参数,计算双线阵... 为了提高双线阵聚焦波束形成在阵元数少或频率低时的定位精度,文章研究了一种基于反卷积的双线阵聚焦波束形成被动定位方法。首先在测量区内对双线阵接收信号进行球面波补偿,给出噪声源分布的声图信息。然后根据阵型的参数,计算双线阵的指向性函数。最后利用一种适用于移变阵列的二维扩展R-L反卷积算法,对声图波束输出和双线阵的指向性函数做反卷积,求解基于反卷积波束形成的源的分布。该方法旁瓣更低,分辨力更高,有效提高双线阵聚焦波束形成的定位精度和左右舷分辨能力,为后续的减振降噪、噪声检测等工作提供了参考。 展开更多

关键词 反卷积 聚焦波束形成 声源定位 定位精度

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水平阵聚焦波束形成声图定位算法研究 被引量：21

3

作者 梅继丹 惠俊英 惠娟 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期773-778,共6页

为解决一些特定情况下需要的近场高精度定位问题提出了聚焦波束形成声图定位法.该方法根据测量区内不同位置对各阵元接收信号进行球面波补偿,获得目标声源的分布.根据声图来给出目标方位,距离进行定位.为了减少计算量,先测量目标方位,... 为解决一些特定情况下需要的近场高精度定位问题提出了聚焦波束形成声图定位法.该方法根据测量区内不同位置对各阵元接收信号进行球面波补偿,获得目标声源的分布.根据声图来给出目标方位,距离进行定位.为了减少计算量,先测量目标方位,然后只对该方位附近小角度进行扫描.利用分频段综合的方法抑制由阵型引起的声干涉.经研究表明,该算法能够给出水下目标声源的二维声图并对近场目标进行高精度定位. 展开更多

关键词 聚焦波束形成 声图定位 方位估计 声干涉 分频

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基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成方法 被引量：7

4

作者 李海森 鲁东 周天 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期83-88,共6页

提高多波束测深系统的综合精度,不仅需要提高远场精度,近场精度也不可忽视。针对常规多波束测深系统中采用远场近似模型,使得近场精度急剧下降的不足,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(RT-DFBF:Real-time Dynamic Focused Be... 提高多波束测深系统的综合精度,不仅需要提高远场精度,近场精度也不可忽视。针对常规多波束测深系统中采用远场近似模型,使得近场精度急剧下降的不足,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(RT-DFBF:Real-time Dynamic Focused Beam-forming)方法。该方法引入相移聚焦波束形成,论证其在多波束测深系统中解决近场问题的可行性,同时深入分析各个影响因素的实时处理情况,提出了一种基于FPGA的实时处理结构,该结构在输入通道为80个、采样率为28 kHz、波束数为128个的条件下完成RT-DFBF。水池实验结果验证了该方法的实时性、有效性和实用性,具有重要工程应用价值。 展开更多

关键词 多波束 实时动态聚焦波束形成 RT-DFBF FPGA 实时

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有限采样下低频声源聚焦波束形成的定位研究 被引量：4

5

作者 周泽民 倪明 《应用声学》 CSCD 北大核心 2010年第4期306-312,共7页

依赖于基阵协方差矩阵的算法,要求有足够样本容量来实现稳健的性能。针对常规聚焦波束形成在低频段分辨能力不足以及有限的数据长度,本文研究了一种基于最小方差无失真响应(MVDR)的重叠分子阵算法。仿真实验表明,重叠分子阵MVDR算法在... 依赖于基阵协方差矩阵的算法,要求有足够样本容量来实现稳健的性能。针对常规聚焦波束形成在低频段分辨能力不足以及有限的数据长度,本文研究了一种基于最小方差无失真响应(MVDR)的重叠分子阵算法。仿真实验表明,重叠分子阵MVDR算法在低快拍数、低信噪比情况下,稳健性优于全阵列MVDR算法。在海试数据中,利用一条孔径为109m的光纤水听器阵列,验证了该算法可以在低快拍数下对50m内低频段100～200Hz的目标实现分辨率为0.5m的近场定位。 展开更多

关键词 有限采样 聚焦波束形成 重叠分子阵 低频

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近场MVDR聚焦波束形成被动定位方法 被引量：3

6

作者 熊鑫 章新华 +2 位作者 黄冠 卢海杰 兰英 《鱼雷技术》 2010年第6期436-440,共5页

该文系统地研究了最小方差信号无畸变响应(MVDR)聚焦波束形成方法的定位性能,特别是对该方法定位性能受某个参数的影响情况进行了较详细的研究。首先分析了近场情况下线列阵接收信号的模型,然后分别推导了常规聚焦波束形成和MVDR聚焦波... 该文系统地研究了最小方差信号无畸变响应(MVDR)聚焦波束形成方法的定位性能,特别是对该方法定位性能受某个参数的影响情况进行了较详细的研究。首先分析了近场情况下线列阵接收信号的模型,然后分别推导了常规聚焦波束形成和MVDR聚焦波束形成的定位原理。仿真比较了这两种定位方法的定位性能,以及MVDR聚焦波束形成被动定位方法在不同的阵元间距和不同的目标距离情况下的定位性能。仿真结果表明,与常规聚焦波束形成相比,MVDR近场聚焦波束形成在提高分辨率的同时,减小了"混叠"影响,具有更为平滑的背景和更低的旁瓣级,同时认为,为了得到比较好的定位效果,目标应处于相对于"近场"的位置,从而为目标精确定位提供依据。 展开更多

关键词 被动定位 最小方差信号无畸变响应 聚焦波束形成 分辨率 混叠 近场

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近场聚焦波束形成低频段精确定位方法

7

作者 晁大海 《舰船科学技术》 北大核心 2013年第3期35-39,共5页

近场聚焦波束形成声图测量方法可以实现舰船高频信号的主要噪声源的精确定位,实验证明在正横位置时的定位精度可小于2 m。但对于低频、线谱等信号,近场聚焦波束形成声图测量方法由于受阵元间距、基阵孔径等多方面影响,无法实现精确定位... 近场聚焦波束形成声图测量方法可以实现舰船高频信号的主要噪声源的精确定位,实验证明在正横位置时的定位精度可小于2 m。但对于低频、线谱等信号,近场聚焦波束形成声图测量方法由于受阵元间距、基阵孔径等多方面影响,无法实现精确定位。本文提出采用高精度频域MVDR聚焦波束形成声图测量方法,实现频率大于200 Hz舰船目标定位。经理论仿真与实际信号分析,该方法可以实现低频信号的高精度定位,定位精度明显优于常规波束形成(CBF)。 展开更多

关键词 聚焦波束形成 声图定位 近场MVDR

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聚焦波束形成声图法误差分析 被引量：23

8

作者 翟春平 刘雨东 《声学技术》 CSCD 北大核心 2008年第1期18-24,共7页

聚集波束形成声图测量方法可以实现近场目标的被动定位,利用该方法接收数据或进行数据处理的过程中必定会有各种误差产生,本文从聚焦峰尺度、阵元偏差、波长等方面对聚焦波束形成声图测量方法的影响进行了分析,经仿真研究与实验数据分... 聚集波束形成声图测量方法可以实现近场目标的被动定位,利用该方法接收数据或进行数据处理的过程中必定会有各种误差产生,本文从聚焦峰尺度、阵元偏差、波长等方面对聚焦波束形成声图测量方法的影响进行了分析,经仿真研究与实验数据分析可以得出聚焦波束形成声图法受距离与波长的影响较大,但对于阵元的位置要求不高,利用该方法可以实现近程目标的高精度定位。 展开更多

关键词 声图 聚焦波束形成 被动定位 聚焦峰尺度

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成像声呐中聚焦波束形成技术研究及实现

9

作者 张昌 王锦柏 《声学技术》 CSCD 北大核心 2015年第6期493-496,共4页

介绍了聚焦波束形成的基本原理,分析了一种基于半圆阵的相位补偿方法。通过Matlab仿真得出聚焦波束形成的波束图,相比远场方法,波束宽度减小,旁瓣得到抑制。设计了一种基于FPGA的数字聚焦波束形成器的实时处理结构,使用8组加权系数即可... 介绍了聚焦波束形成的基本原理,分析了一种基于半圆阵的相位补偿方法。通过Matlab仿真得出聚焦波束形成的波束图,相比远场方法,波束宽度减小,旁瓣得到抑制。设计了一种基于FPGA的数字聚焦波束形成器的实时处理结构,使用8组加权系数即可完成成像声呐近场范围内分辨力的改进。通过乒乓操作和并行结构提高处理速度,实时产生72个波束。实验结果表明,所设计的聚焦波束形成器使某型成像声呐近场分辨力得到了提高。 展开更多

关键词 成像声呐 聚焦波束形成 现场可编程门阵列

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矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成 被引量：3

10

作者 余桐奎 《舰船科学技术》 北大核心 2012年第6期60-63,共4页

介绍了矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成的水下噪声源近场高分辨定位方法。该方法将MVDR高分辨方位估计方法应用于单矢量水听器与声压基阵构成的组合基阵中,利用矢量水听器的单边指向性,抑制噪声源定位中的左右模糊,并结合声压基阵... 介绍了矢量声压组合基阵MVDR近场聚焦波束形成的水下噪声源近场高分辨定位方法。该方法将MVDR高分辨方位估计方法应用于单矢量水听器与声压基阵构成的组合基阵中,利用矢量水听器的单边指向性,抑制噪声源定位中的左右模糊,并结合声压基阵MVDR算法高分辨定位优势,从而实现了水下噪声源近场高分辨定位,且可以有效抑制近场定位中的左右弦模糊,通过计算机仿真验证了算法的有效性,具有一定的工程应用价值。 展开更多

关键词 近场聚焦波束形成 矢量水听器 噪声源识别

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近场聚焦逆波束形成的UUV平台噪声自适应抵消 被引量：2

11

作者 宁江波 李淑秋 +1 位作者 李宇 叶青华 《应用声学》 CSCD 北大核心 2020年第4期527-535,共9页

水下航行器平台自噪声会对舷侧阵产生干扰,从而影响其探测性能,该文针对平台尾部自噪声源的直达噪声和海面反射噪声,提出了基于近场聚焦逆波束形成的平台噪声自适应抵消方法.文中利用水下航行器平台设计参数、深度以及运动姿态信息对尾... 水下航行器平台自噪声会对舷侧阵产生干扰,从而影响其探测性能,该文针对平台尾部自噪声源的直达噪声和海面反射噪声,提出了基于近场聚焦逆波束形成的平台噪声自适应抵消方法.文中利用水下航行器平台设计参数、深度以及运动姿态信息对尾部自噪声传播到舷侧阵的路径建立几何模型,并分析了影响该路径的因素;通过该模型,平台尾部自噪声能够实时自适应地通过聚焦波束形成被估计出来,从而在舷侧阵的接收信号中实现干扰抵消.仿真结果与海试实验数据处理结果表明,该方法能够有效抑制尾部自噪声干扰,显著提高水下航行器探测弱目标的能力. 展开更多

关键词 水下航行器自噪声 噪声抵消 聚焦逆波束形成 弱目标探测

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多途条件下聚焦波束近程定位 被引量：17

12

作者 徐复 惠俊英 +1 位作者 时洁 胡丹 《声学技术》 CSCD 北大核心 2007年第6期1101-1107,共7页

讨论了直线阵通过聚焦波束形成技术对近程点目标的高精度定位问题并通过仿真验证,对多途的影响及海面起伏的影响也作了初步分析。通过波束引导减少了扫描的运算量,并且通过虚阵、时间反转镜和乘积声图的方法提高了聚焦点"亮度"... 讨论了直线阵通过聚焦波束形成技术对近程点目标的高精度定位问题并通过仿真验证,对多途的影响及海面起伏的影响也作了初步分析。通过波束引导减少了扫描的运算量,并且通过虚阵、时间反转镜和乘积声图的方法提高了聚焦点"亮度"和声图质量。仿真结果表明,虚阵和时间反转镜技术可以较好地抑制多途干涉,使用乘积声图可以使观察到的信号变得更清晰。在信噪比为0dB时可以很好地检测到目标。 展开更多

关键词 聚焦波束形成 虚阵 时间反转镜 乘积声图

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一种用于声学成像的稳健宽带恒定束宽波束形成方法 被引量：9

13

作者 王娟 冯青 +1 位作者 吴仁彪 苏志刚 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期154-158,共5页

基于聚焦变换思想的波束形成是一种有效的恒定束宽波束形成方法.然而,当信号的方向信息存在误差时,聚焦变换波束形成方法的稳健性会急剧下降,为了克服这种缺点,将稳健Capon波束形成(RCB)思想用于聚焦变换方法中,提出一种稳健宽带恒定束... 基于聚焦变换思想的波束形成是一种有效的恒定束宽波束形成方法.然而,当信号的方向信息存在误差时,聚焦变换波束形成方法的稳健性会急剧下降,为了克服这种缺点,将稳健Capon波束形成(RCB)思想用于聚焦变换方法中,提出一种稳健宽带恒定束宽波束形成方法并将其应用于声学成像.该方法通过RCB校正信号方向信息得到较为准确的聚焦矩阵,从而减少聚焦数据误差,避免估计畸变,提高了基于聚焦变换思想恒定束宽波束形成器的性能. 展开更多

关键词 恒定柬宽 声学成像 聚焦变换波束形成 稳健CAPON波束形成 旋转信号子空间法

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基于水平阵的柱面声源高分辨时反聚焦定位方法 被引量：4

14

作者 韩闯 于树华 +2 位作者 时胜国 何盼盼 时洁 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2015年第22期92-97,共6页

针对浅海条件下利用水平阵对水下目标进行噪声源近场高分辨定位会受海面、海底形成的多途效应影响,致定位结果具有严重的背景起伏甚至出现虚假目标问题,在建立水平阵近场柱面聚焦测量模型基础上,分别研究适用于单频线及宽带连续谱信号... 针对浅海条件下利用水平阵对水下目标进行噪声源近场高分辨定位会受海面、海底形成的多途效应影响,致定位结果具有严重的背景起伏甚至出现虚假目标问题,在建立水平阵近场柱面聚焦测量模型基础上,分别研究适用于单频线及宽带连续谱信号的水平阵柱面聚焦定位方法,即将幅度补偿引入MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)近场聚焦波束形成中,充分利用声波幅度信息及相位信息,并据基于射线理论的虚源法建立水声相干多途信道模型与静态介质中波传播的互易性及时反不变性,生成与水声信道特征信息相匹配的空间聚焦导向矢量。结果表明,该方法可有效克服多途效应影响,实现柱面声源高分辨定位。 展开更多

关键词 多途效应 柱面聚焦波束形成 MVDR 幅度补偿 虚拟时间反转镜

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多波束声呐基阵一体化自校准方法 被引量：5

15

作者 魏波 周天 +2 位作者 李超 邢天耀 李海森 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期792-798,共7页

为了保证多波束测深系统的探测精度,在系统组装前需要对多阵元接收换能器基阵进行指向性测量和目标方位波束响应校准。针对常规方法中图像散焦问题存在的不足,本文提出了一种多波束声呐基阵一体化自校准方法,将换能器基阵和信号调理采... 为了保证多波束测深系统的探测精度,在系统组装前需要对多阵元接收换能器基阵进行指向性测量和目标方位波束响应校准。针对常规方法中图像散焦问题存在的不足,本文提出了一种多波束声呐基阵一体化自校准方法,将换能器基阵和信号调理采集电路一体化测量,利用目标方位波束响应输出测量换能器基阵波束指向性。推导了阵元间距误差对测深结果产生的影响,采用聚焦波束形成技术,在小尺寸水池条件下开展校准实验研究。通过在水池中预先获得的方位波束角误差曲线,对多波束测深声呐外场实验数据进行了归位补偿,实现了多波束声呐基阵一体化自校准。实验结果表明:该方法能够保障多波束声呐的有效覆盖范围,具有较强的实用性和重要的工程应用价值与推广价值。 展开更多

关键词 换能器基阵校准 聚焦波束形成 多波束测深声呐 图像散焦

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近场波束零陷权声图测量干扰抑制技术 被引量：2

16

作者 梅继丹 生雪莉 +2 位作者 张颖 郭龙祥 姜美任 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期653-659,共7页

聚焦波束形成声图测量技术是一种近场高精度声被动定位技术.为了抑制近场声图测量过程中干扰声源对待检测声源定位的影响,给出了一种基于近场聚焦波束零陷权的声源干扰抑制方法.经过理论推导分别给出了权在窄带信号情况下和宽带信号情... 聚焦波束形成声图测量技术是一种近场高精度声被动定位技术.为了抑制近场声图测量过程中干扰声源对待检测声源定位的影响,给出了一种基于近场聚焦波束零陷权的声源干扰抑制方法.经过理论推导分别给出了权在窄带信号情况下和宽带信号情况下的解析形式,该权具有形式简单,计算量小等优点,适合实际工程应用.对权的性能进行了仿真及实验验证,结果表明,该权可以有效地在近场干扰声源位置上形成指向性零点,从而抑制掉干扰声源对声图测量的影响,改善对待探测声源的声图测量效果. 展开更多

关键词 声图测量 聚焦波束零陷 聚焦波束形成 干扰抑制

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水中目标被动定位技术综述 被引量：9

17

作者 熊鑫 章新华 +2 位作者 高成志 卢海杰 兰英 《舰船科学技术》 2010年第7期140-143,共4页

相对于主动定位技术容易暴露自身,被动定位技术以其良好的隐蔽性得到了广泛的研究和应用。近年来,在传统三元法、目标运动分析(TMA)和匹配场处理(MFP)3种被动定位方法的基础上,又出现了聚焦波束形成被动定位方法。本文分别介绍了这4种... 相对于主动定位技术容易暴露自身,被动定位技术以其良好的隐蔽性得到了广泛的研究和应用。近年来,在传统三元法、目标运动分析(TMA)和匹配场处理(MFP)3种被动定位方法的基础上,又出现了聚焦波束形成被动定位方法。本文分别介绍了这4种方法的基本原理及主要研究状况。分析了各方法的特点及局限,介绍了各方法的研究热点和发展趋势。 展开更多

关键词 被动定位 声呐 目标运动分析 匹配场处理 聚焦波束形成

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垂直线阵声图测量原理研究 被引量：2

18

作者 惠娟 胡丹 +1 位作者 惠俊英 余赟 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期154-159,共6页

提出了一种在近场条件下,利用垂直线阵聚焦波束形成技术测量目标噪声源的分布图(声图)的方法.垂直声压阵只能测得目标噪声源在某个垂直面内的二维声图,且存在前后(或左右)模糊问题.垂直矢量阵则可利用声压振速的联合信息,先通过直方图... 提出了一种在近场条件下,利用垂直线阵聚焦波束形成技术测量目标噪声源的分布图(声图)的方法.垂直声压阵只能测得目标噪声源在某个垂直面内的二维声图,且存在前后(或左右)模糊问题.垂直矢量阵则可利用声压振速的联合信息,先通过直方图方位估计测向,再进行聚焦扫描,这种方法能很好地解决测量模糊问题,并能得到目标的三维声图. 展开更多

关键词 垂直声压阵 聚焦波束形成 声图 垂直矢量阵 直方图方位估计

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基于虚拟时间反转镜的噪声源近场定位方法研究 被引量：11

19

作者 时洁 杨德森 刘伯胜 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1215-1219,共5页

通过辐射噪声源的空间分布,确定主要噪声源的位置,从而为减震降噪提供有力依据。在近场条件下,辐射噪声源往往不可再被视为点源处理。本文通过聚焦波束形成的聚焦声图技术,建立了近场线列阵定位模型,它可以对空间多目标进行定位,因此有... 通过辐射噪声源的空间分布,确定主要噪声源的位置,从而为减震降噪提供有力依据。在近场条件下,辐射噪声源往往不可再被视为点源处理。本文通过聚焦波束形成的聚焦声图技术,建立了近场线列阵定位模型,它可以对空间多目标进行定位,因此有效解决了非点源目标的辐射噪声源定位问题。在浅海,水声信道可看作是相干多途信道,由于多途的影响,声图很容易出现"多峰""伪峰"以及高的旁瓣级,使定位性能受到很大影响。本文采用虚拟时间反转镜技术,充分利用近场条件下信道特征与各信源到基阵相对位置之间的关系,有效对非点源目标的信道进行准确估计,并能良好匹配实际信道。最后通过仿真和实测数据分析,充分验证了这种方法的有效性。 展开更多

关键词 声学 虚拟时间反转镜 近场聚焦波束形成 声图 多途信道 非点源目标 噪声源定位

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二阶锥规划在噪声源稳健定位识别中的应用 被引量：6

20

作者 时洁 杨德森 时胜国 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期1549-1555,共7页

针对噪声源高分辨定位识别方法在失配条件下性能严重退化的问题,提出了稳健矢量阵MVDR聚焦波束形成方法.该方法在已有高分辨聚焦算法的基础之上,通过对矢量阵近场权向量的模强加不等式约束,进而利用二阶锥规划求解最优权及空间谱,明显... 针对噪声源高分辨定位识别方法在失配条件下性能严重退化的问题,提出了稳健矢量阵MVDR聚焦波束形成方法.该方法在已有高分辨聚焦算法的基础之上,通过对矢量阵近场权向量的模强加不等式约束,进而利用二阶锥规划求解最优权及空间谱,明显改善了矢量阵MVDR聚焦处理器的稳健性.优化后的高稳健性聚焦处理器在失配条件下可以获得更大的动态范围、更尖锐的聚焦峰尺度以及更强的背景噪声级抑制能力,可以满足噪声源定位识别对于稳健性的迫切需求.通过理论建模、仿真及湖试试验研究,综合验证了该算方法在失配条件下的有效性,为该方法的实际工程应用提供了理论及试验支持. 展开更多

关键词 稳健性 矢量阵 聚焦波束形成 噪声源定位识别 二阶锥规划

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