波束形成如何改善網路

① 家裡面積比較大，路由器信號太弱了怎麼辦

WiFi中繼器，又叫作WiFi信號放大器，它通過接收原路由器的WiFi信號，經過自身加強放大之後再輸出，用來擴展無線WiFi的覆蓋長度。只要將此設備安裝在路由器和信號弱房間的中間位置就可以了，一次設置後，就可以實現即插即用，非常方便靈活，性價比高。

當房子的面積較大、或者房間較多的時候，一個路由器就不能很好的覆蓋所有的區域，就出現某些區域信號不好的現象。為了解決這種情況，有三種方案可以選擇，分別是：1)採用無線擴展器；2)採用面板AP；3)採用電力貓的方案。其中，面板AP需要預裝網線，這個需要在裝修的時候就要考慮後，如果沒有拉網線的話，面板AP就無法使用，所以本文不介紹這種情況，只介紹另外兩種方案。

② 有源相控陣雷達與相控陣雷達的詳細資料二者的區別有哪些

有源相控陣是未來雷達發展的一個重點方向。有源相控陣雷達內有大量的收/發組件代替了傳統型的獨立的發射機和接收機。這些組件安在平面陣上，形成了天線。如同垂直面內的電掃描可用移相進行，有源陣的電掃描可在方位和仰角上控制。每個組件都有自已的發射和接收天線，因此發射的脈沖信號各自獨立，這樣相位控制也是各自獨立，達到整個波束能指向所需的目標。
該雷達能量以筆形波束聚焦，在方位和仰角上執行一般警戒掃描，或直接指向特別重要的區域，如有大量目標的區域或有干擾的區域。掃描角一般在±60°以上，雖然天線口徑的減小會引起雷達性能隨著角度增加而下降。
相控陣系統有一個或多個陣列面，每個陣列面有幾千個獨立的收/發單元，每個單元用數字相位控製作波束掃描。用三個或四個陣列面，就可指向不同方向，所以天線不需作機械移動就可達到整個方位的覆蓋。
方位和仰角覆蓋角達60°以上時，任意兩個方向間的波束轉換僅需重新作相位控制的時間限制，比典型的無源陣列的0.25ms小的多。
換句話說，如果天線以傳統方式旋轉，那麼電掃描方式就加長了對有嚴重雜波或干擾的目標的探測，提取的信息量就加大了。在海上應用中，可用電控制卷動和調節，這就減小了機械復雜性和重量。這點對安裝在船桅上的設備來說是很重要的。
1緩慢降級
傳統型雷達有一發射機，它需要大的電壓來產生大功率輸出，如果發射機出故障，那麼整個系統就失效了。同樣，垂直面內的相控陣其發射機也常是唯一的，因此，仰角波束就可以通過相對少的接收通道形成。
2多波束
有源相控陣應用於多目標和強干擾情況下有其突出優點。變化的脈沖方向圖和捷變頻發射可用以對抗敵方的ECM和建立詳細的警戒區域方向圖。先進的波束形成技術就可達到多波束接收，並可對主波束和旁瓣間的噪音進行自適應對消。天線陣可對多個子陣同時作波束形成，每個子陣饋電給相應的接收機。即同相又正交的輸出信號就可以數字化，並且經復數加權產生和、差及旁瓣波束輸出。那麼在這些接收通道內就可確定出可能的干擾源，並在每個干擾源處產生零點波瓣。例如：有15個接收機通道，那麼在主波束和旁瓣間為了有最佳對消，干擾源可達到15個(可以是雜訊也可以是脈沖干擾機)。
多功能有源陣列雷達適用於密集型干擾環境中對橫截面積很小的導彈的探測。對現代化的武器系統，雷達可提供大量的火控通道，同時跟蹤敵方的防禦導彈，對一般的武器，還可提供中程式控制制。

③ 波束形成和music有什麼關系

為了提高頻域波束形成的寬頻波達方向估計性能,提出了類MUSIC波束形成演算法(MBM,MUSIC-likeBeamforming Method).在頻域將寬頻信號劃分為若干窄帶信號,疊加各窄帶的MBM演算法的空間譜後其峰值對應角度即為寬頻波達方向估計結果.MBM演算法的主瓣寬度在不同分析頻率下基本保持不變,計算量與常規波束形成(CBF,Con-ventional Beamforming)相當.模擬結果表明,MBM演算法的寬頻波達方向估計性能和角度分辨能力介於分別疊加各窄帶的CBF和MUSIC演算法估計結果的ICBF(Incoherent CBF)和IMUSIC(Incoherent MUSIC)演算法之間.

④ 波束成形的基本原理

波束成形，源於自適應天線的一個概念。接收端的信號處理，可以通過對多天線陣元接收到的各路信號進行加權合成，形成所需的理想信號。從天線方向圖(pattern)視角來看，這樣做相當於形成了規定指向上的波束。 例如，將原來全方位的接收方向圖轉換成了有零點、有最大指向的波瓣方向圖。同樣原理也適用用於發射端。對天線陣元饋電進行幅度和相位調整，可形成所需形狀的方向圖。
如果要採用波束成形技術， 前提是必須採用多天線系統。例如，多進多出（MIMO），不僅採用多接收天線，還可用多發射天線。由於採用了多組天線，從發射端到接收端無線信號對應同一條空間流(spatial streams)， 是通過多條路徑傳輸的。在接收端採用一定的演算法對多個天線收到信號進行處理，就可以明顯改善接收端的信噪比。即使在接收端較遠時，也能獲得較好的信號質量。
MIMO可大大提高網路傳輸速率、覆蓋范圍和性能。當基於MIMO而同時傳遞多條獨立空間流時，系統的吞吐量可成倍地提高。MIMO系統支持空間流的數量取決於發送天線和接收天線的最小值。如發送天線數量為3,而接收天線數量為2，則支持的空間流為2。在市場上，經歷了三年3×3模式的量產磨合期後，今年4X4模式嶄露頭角，立刻引起了業界重視。

⑤ 誰幫我講講 波束形成原理

波束,實際上是一種比較形象的說法。天線發射或接收信號時所形成的諸如「筆形波束」、「扇形波束」等等並不是在空間中真實地存在,事實上是在不同的方向隨著信號放大倍數的不同(倍數大時,我們稱其為增益),形成了一個信號增益與方向的關系曲線。
而相控陣技術就是一種通過控制陣列天線各個單元的相位和幅度以便形成在空間滿足一定分布特性的波束,並且能夠改變其掃描指向的技術。
相控陣技術通過計算機控制波束的形成和掃描,達到單元相位的改變,從而使波束的指向、形狀和個數等很快地改變,實現了傳統天線並不具備的優勢。

⑥ 多波束關鍵技術——波束形成原理

余平 劉方蘭 肖波

第一作者簡介：余平，男，高級工程師，1993年畢業於長春地質學院儀器系電子儀器及測量技術專業，現主要從事多波束技術應用與海洋地質調查技術管理工作。

（廣州海洋地質調查局 廣州 510760）

摘要 換能器陣元的不同排列組合決定其指向性，波束形成是多波束測量的關鍵技術。文中通過數學計算總結了不同換能器陣進行波束形成的工作原理，並介紹了利用二維DFT進行頻域波束形成的一般方法。最後結合現役多波束測深系統，簡單解釋說明不同系統所採用的波束形成技術。

關鍵詞 多波束 陣元 指向性 波束形成 測深

1 前言

我國自20世紀90年代初以來，為滿足近海航道、大洋調查和國家經濟專署區及大陸架勘測的需要，陸續從歐美等國家引進了大量的多波束測深系統（見表1），這些多波束測深系統涵蓋了深水、中深水和淺水等不同海域，我國多波束技術應用迎來了第一個高峰期。

進入21世紀後，隨著舊多波束測深系統的老化以及多波束新技術的推出，多波束測深系統的更新換代已經展開，高精度、高覆蓋、高波束數的多波束系統在一些專項中開始應用。在多波束測深系統的實際使用中，從事多波束測量的技術人員針對不同多波束測深系統所存在的問題進行了大量的研究工作，並出版了多波束技術專著，撰寫了大量的論文。在這些應用型的研究成果中，關於多波束測深系統工作原理的關鍵技術——波束形成技術，要麼是一個簡單的比喻，要麼是籠統大概的說明。本文試圖在總結不同形式的波束形成原理的基礎上，結合實際應用，闡述不同系統波束形成的模式，從而進一步理解多波束測深系統的工作原理。

2 波束形成原理

所謂波束形成是指將一定幾何形狀（直線、圓柱、弧形等）排列的多元基陣各陣元輸出經過處理（例如加權、時延、求和等）形成空間指向性的方法（田坦等，2000）。波束形成也是將一個多元陣經適當處理使其對某些空間方向的聲波具有所需響應的方法。波束形成的方法有很多，特別是在實際應用中，隨著微電子技術、計算技術的快速發展，數字信號處理技術使時域、頻域下的波束形成方法相互貫穿。

表1 我國目前已安裝並使用的多波束測深系統（2004年前）Table1 Multibeam sound system has been installed and used in China（Before 2004）

2.1 波束形成一般原理

波束形成技術來自於基陣具有方向性的原理（蔣楠祥，2000）。設一個由N個無方向性陣元組成的接收換能器陣（如圖1）。各陣元位於空間點（x_n，y_n，z_n）處，將所有陣元的信號相加得到輸出，就形成了基陣的自然指向性。此時，若有一遠場平面波入射到這一基陣上，它的輸出幅度將隨平面入射角的變化而變化。

當信號源在不同方向時，由於各陣接收信號與基準信號的相位差不同，因而形成的和輸出的幅度不同，即陣的響應不同。

如果上述陣是一N元線陣，陣元間距為d，各陣元接收靈敏度相同，平面波入射方向為θ（如圖2）。各陣元輸出信號為：

F₀（t）=Acos（ωt）（1）

南海地質研究.2005

……

圖2 線陣幾何形狀

Fig.2 Geometry shape of line array transcer

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其中A為信號幅度；ω為信號角頻率；φ為相鄰陣元接收信號間的相位差，Re為取實部，有：

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所以，陣的輸出為：

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因為：

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則：

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所以：

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上式兩邊同時除以NA進行歸一化處理，得：

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R（θ）表明，一個多元陣輸出幅度大小隨信號入射角而變化。一般而言，對於一個任意的陣形，無論聲波從哪一個方向入射，均不可能形成同相相加或得到最大輸出，只有直線陣或空間平面陣才會在陣的法線方向形成同相相加，得到最大輸出。然而，任意陣形的陣經過適當的處理，可在預定方向形成同相相加，得到最大輸出，這就是波束形成的一般原理。

2.2 直線陣相移波束形成

在前面討論的基礎上，直線陣相移波束形成的根本目的是：在相鄰陣元之間插入相移β，則直線陣的求和輸出為：

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歸一化陣輸出幅度變為：

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所以主波束方向滿足：

φ-β=0

即：

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所以：

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或：

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上式表明：在陣元間插入不同的相移β，可以控制主波束位於不同的方向，這種在陣元之間插入相移使主波束方向控制於不同方位的方法稱為相移波束形成。在窄帶（主動聲吶）應用中，一般常用相移波束形成方法。

2.3 直線陣時延波束形成

在直線陣相移波束形成的討論中，有：

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因為：

β=2πfτ

所以：

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上式表明：在陣元間插入不同的時延τ，可以控制主波束位於不同的方向，這種在陣元之間插入時延使主波束方向控制於不同方位的方法稱為時延波束形成。在寬頻（被動聲吶）應用中，一般常用時延波束形成方法。

2.4 圓陣波束形成

圓形陣的陣元一般均勻分布在圓周上。由於圓陣是幾何上關於原點對稱的，因而沒有方向性。無自然的指向性波束，必須對陣元信號進行延遲或相移才能形成方向性，即使其補償成一個等效的線陣。簡單的實現方法是電子開關波束形成方法，這種方法利用電子開關進行控制，將一組延遲線接入不同陣元，以形成不同方位的波束。

以16元圓陣為例說明。假定只用圓弧上的七個陣元形成波束（如圖3），如果目標信號從正前方來，為了形成同相相加，必須將各陣元信號延遲補償到圖中所示的直線（藍色）上。設兩相鄰陣元所在圓弧的圓心角為α₀，則各陣元所需的相應延遲為：

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τ₁=τ₇=0（15）

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2.5 弧形陣波束形成

弧形陣的波束形成是圓陣波束形成的一種特殊情況，分布在弧形陣上陣元最終必須投影到一個等效的線陣中。如以時延來完成指向性的控制，各陣元的時延演算法與「圓陣波束形成」的例子相同。

2.6 頻域波束形成

從前面討論中可知，一個波束形成器可對空間某方位的信號有響應，而抑制其它方位的信號，因此，波束形成實際上是一種空間濾波過程。根據線性系統理論，波束形成也是一種卷積運算，因而可用頻域的乘積實現。所以波束也可以在頻域內形成，這就是頻域波束形成。頻域波束形成常採用離散傅里葉變換（DFT），可以用數字信號處理中的快速傅里葉變換（FFT）加以實現，因此頻域波束形成比時間域波束形成運算量要小（曹洪澤等，2002）。

設均勻間隔直線陣有N個陣元，間距為d。對陣元i的輸出信號x_i（t）進行采樣，取L點作DFT運算，即：

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其中i為陣元號，k為譜線號，l為時間序號。因此X_i（k）表示第i號陣元接收的時間序列的譜。

其次，對同一序號k的譜線作空間傅里葉變換，將X_i（k）重排為X_k（i），進行下列運算：

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其中m為波束號；w_i為陣元的幅度權值；Y_k（m）代表k號頻率分量的第m號波束輸出。這就是利用二維DFT實現頻域波束形成的方法。

3 結論

綜上所述，換能器的指向性是波束形成原理的基礎。目前我國現役的多波束測深系統主要包括SeaBea m系列、Elac Botto mChart系列、EM系列、SeaBat系列和Atlas DS系列等^［4］，由於各系統生產廠家和工作水深范圍不同，多波束系統採用的換能器、發射頻率不同，因此，不同系統採用的波束形成方法也不盡相同。

Sea Bea m 2112深水多波束測深系統發射頻率12 KHz，發射器和水聽器獨立安裝，其中發射器14個模塊，水聽器8個模塊共80個通道。水聽器是4個模塊一組共兩組呈「V」型安裝，換能器是典型的「米勒十字交叉」（Mill s Cr oss）安裝模式。即便如此，波束形成原理符合直線陣相移波束形成原理。1998年8月，廠家根據合同對系統進行升級，在僅更換DSP 板的情況下，使系統的波束數從121個升級為151個，應該是運用了高級數字信號處理器完成的直線陣相移波束形成下的數字內插波束形成技術（移位邊帶波束形成）。EM120深水多波束測深系統的發射接收器也是獨立安裝，屬於線性的「米勒十字交叉」結構陣，其基本的波束形成原理也是符合直線相移波束形成原理，由於其波束數已大大提高，應該還綜合有頻域波束形成技術。

EM950（或EM1002）中深水多波束測深系統發射頻率95kHz，發射器和水聽器二合一安裝，波束數120個。換能器是一個半徑為45cm的半圓弧形陣，作為一個高發射頻率的主動聲吶系統，採用的是弧形陣時延和相移波束形成技術的綜合。EM3000淺水多波束測深系統發射頻率300kHz，波束數120個，換能器是一個圓形陣（李家彪等，周興華等，1999），採用技術與EM950類似。

SeaBat系列多波束系統在國內主要以淺水多波束測深系統為主，淺水多波束系統的換能器一般都是採用發射器和水聽器二合一安裝方式。SeaBat8101多波束測深系統的發生頻率240kHz，波束數101個。換能器是一個直徑為32cm的圓形陣，採用的波束形成方式與EM系列的類似。

Atlas Fansweep系列是利用側掃聲吶技術計算多個水深數據的多波束測深系統，與真正多波束測深系統比較起來技術指標相對落後。由於廠家產品開發戰略轉變的原因，深水多波束系統在近兩年才推出。Atlas DS系列多波束系統在國內還沒有用戶，據稱其新一代多波束系統採用了Chirp技術，接收波束數將超過300個，因此其波束形成技術應該主要以頻域波束形成技術為主。

參考文獻

曹洪澤，李蕾等.2002.一種基於FFT 波束形成的BDI 演算法分析研究.海洋技術，21（2），55～59

蔣楠祥.2000.換能器與基陣.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，50～75

李家彪等.1999.多波束勘測原理技術與方法.北京：海洋出版社，6～9

田坦，劉國枝，孫大軍.2000.聲吶技術.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，63～120

周興華，劉忠臣，傅命左等.1999.多波束海底地形勘測技術規程.8～14

Multibeam Pivotal Technology——Beam Forming

Yu Ping Liu Fanglan Xiao Bo

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

for different type of transcer，and introces a universal way of frequency domain beam forming by using 2⁃dimension DFT.Finally，the author simply explains the different beam forming technology which the multibeam have in use.Abstract：Different arranged transcer deter mines the directional property of a transcer array.Multibeampivotal technology——the basis of Beamformingis howto control the directional property of transcer.This article summarizes the theory of beamfor ming with mathematics operation

Key words：Multibeam Transcer Directional Property Beam Forming Sound