波束形成如何改善网络

① 家里面积比较大，路由器信号太弱了怎么办

WiFi中继器，又叫作WiFi信号放大器，它通过接收原路由器的WiFi信号，经过自身加强放大之后再输出，用来扩展无线WiFi的覆盖长度。只要将此设备安装在路由器和信号弱房间的中间位置就可以了，一次设置后，就可以实现即插即用，非常方便灵活，性价比高。

当房子的面积较大、或者房间较多的时候，一个路由器就不能很好的覆盖所有的区域，就出现某些区域信号不好的现象。为了解决这种情况，有三种方案可以选择，分别是：1)采用无线扩展器；2)采用面板AP；3)采用电力猫的方案。其中，面板AP需要预装网线，这个需要在装修的时候就要考虑后，如果没有拉网线的话，面板AP就无法使用，所以本文不介绍这种情况，只介绍另外两种方案。

② 有源相控阵雷达与相控阵雷达的详细资料二者的区别有哪些

有源相控阵是未来雷达发展的一个重点方向。有源相控阵雷达内有大量的收/发组件代替了传统型的独立的发射机和接收机。这些组件安在平面阵上，形成了天线。如同垂直面内的电扫描可用移相进行，有源阵的电扫描可在方位和仰角上控制。每个组件都有自已的发射和接收天线，因此发射的脉冲信号各自独立，这样相位控制也是各自独立，达到整个波束能指向所需的目标。
该雷达能量以笔形波束聚焦，在方位和仰角上执行一般警戒扫描，或直接指向特别重要的区域，如有大量目标的区域或有干扰的区域。扫描角一般在±60°以上，虽然天线口径的减小会引起雷达性能随着角度增加而下降。
相控阵系统有一个或多个阵列面，每个阵列面有几千个独立的收/发单元，每个单元用数字相位控制作波束扫描。用三个或四个阵列面，就可指向不同方向，所以天线不需作机械移动就可达到整个方位的覆盖。
方位和仰角覆盖角达60°以上时，任意两个方向间的波束转换仅需重新作相位控制的时间限制，比典型的无源阵列的0.25ms小的多。
换句话说，如果天线以传统方式旋转，那么电扫描方式就加长了对有严重杂波或干扰的目标的探测，提取的信息量就加大了。在海上应用中，可用电控制卷动和调节，这就减小了机械复杂性和重量。这点对安装在船桅上的设备来说是很重要的。
1缓慢降级
传统型雷达有一发射机，它需要大的电压来产生大功率输出，如果发射机出故障，那么整个系统就失效了。同样，垂直面内的相控阵其发射机也常是唯一的，因此，仰角波束就可以通过相对少的接收通道形成。
2多波束
有源相控阵应用于多目标和强干扰情况下有其突出优点。变化的脉冲方向图和捷变频发射可用以对抗敌方的ECM和建立详细的警戒区域方向图。先进的波束形成技术就可达到多波束接收，并可对主波束和旁瓣间的噪音进行自适应对消。天线阵可对多个子阵同时作波束形成，每个子阵馈电给相应的接收机。即同相又正交的输出信号就可以数字化，并且经复数加权产生和、差及旁瓣波束输出。那么在这些接收通道内就可确定出可能的干扰源，并在每个干扰源处产生零点波瓣。例如：有15个接收机通道，那么在主波束和旁瓣间为了有最佳对消，干扰源可达到15个(可以是噪声也可以是脉冲干扰机)。
多功能有源阵列雷达适用于密集型干扰环境中对横截面积很小的导弹的探测。对现代化的武器系统，雷达可提供大量的火控通道，同时跟踪敌方的防御导弹，对一般的武器，还可提供中程控制。

③ 波束形成和music有什么关系

为了提高频域波束形成的宽带波达方向估计性能,提出了类MUSIC波束形成算法(MBM,MUSIC-likeBeamforming Method).在频域将宽带信号划分为若干窄带信号,叠加各窄带的MBM算法的空间谱后其峰值对应角度即为宽带波达方向估计结果.MBM算法的主瓣宽度在不同分析频率下基本保持不变,计算量与常规波束形成(CBF,Con-ventional Beamforming)相当.仿真结果表明,MBM算法的宽带波达方向估计性能和角度分辨能力介于分别叠加各窄带的CBF和MUSIC算法估计结果的ICBF(Incoherent CBF)和IMUSIC(Incoherent MUSIC)算法之间.

④ 波束成形的基本原理

波束成形，源于自适应天线的一个概念。接收端的信号处理，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，形成所需的理想信号。从天线方向图(pattern)视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束。 例如，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。同样原理也适用用于发射端。对天线阵元馈电进行幅度和相位调整，可形成所需形状的方向图。
如果要采用波束成形技术， 前提是必须采用多天线系统。例如，多进多出（MIMO），不仅采用多接收天线，还可用多发射天线。由于采用了多组天线，从发射端到接收端无线信号对应同一条空间流(spatial streams)， 是通过多条路径传输的。在接收端采用一定的算法对多个天线收到信号进行处理，就可以明显改善接收端的信噪比。即使在接收端较远时，也能获得较好的信号质量。
MIMO可大大提高网络传输速率、覆盖范围和性能。当基于MIMO而同时传递多条独立空间流时，系统的吞吐量可成倍地提高。MIMO系统支持空间流的数量取决于发送天线和接收天线的最小值。如发送天线数量为3,而接收天线数量为2，则支持的空间流为2。在市场上，经历了三年3×3模式的量产磨合期后，今年4X4模式崭露头角，立刻引起了业界重视。

⑤ 谁帮我讲讲 波束形成原理

波束,实际上是一种比较形象的说法。天线发射或接收信号时所形成的诸如“笔形波束”、“扇形波束”等等并不是在空间中真实地存在,事实上是在不同的方向随着信号放大倍数的不同(倍数大时,我们称其为增益),形成了一个信号增益与方向的关系曲线。
而相控阵技术就是一种通过控制阵列天线各个单元的相位和幅度以便形成在空间满足一定分布特性的波束,并且能够改变其扫描指向的技术。
相控阵技术通过计算机控制波束的形成和扫描,达到单元相位的改变,从而使波束的指向、形状和个数等很快地改变,实现了传统天线并不具备的优势。

⑥ 多波束关键技术——波束形成原理

余平 刘方兰 肖波

第一作者简介：余平，男，高级工程师，1993年毕业于长春地质学院仪器系电子仪器及测量技术专业，现主要从事多波束技术应用与海洋地质调查技术管理工作。

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

摘要 换能器阵元的不同排列组合决定其指向性，波束形成是多波束测量的关键技术。文中通过数学计算总结了不同换能器阵进行波束形成的工作原理，并介绍了利用二维DFT进行频域波束形成的一般方法。最后结合现役多波束测深系统，简单解释说明不同系统所采用的波束形成技术。

关键词 多波束 阵元 指向性 波束形成 测深

1 前言

我国自20世纪90年代初以来，为满足近海航道、大洋调查和国家经济专署区及大陆架勘测的需要，陆续从欧美等国家引进了大量的多波束测深系统（见表1），这些多波束测深系统涵盖了深水、中深水和浅水等不同海域，我国多波束技术应用迎来了第一个高峰期。

进入21世纪后，随着旧多波束测深系统的老化以及多波束新技术的推出，多波束测深系统的更新换代已经展开，高精度、高覆盖、高波束数的多波束系统在一些专项中开始应用。在多波束测深系统的实际使用中，从事多波束测量的技术人员针对不同多波束测深系统所存在的问题进行了大量的研究工作，并出版了多波束技术专着，撰写了大量的论文。在这些应用型的研究成果中，关于多波束测深系统工作原理的关键技术——波束形成技术，要么是一个简单的比喻，要么是笼统大概的说明。本文试图在总结不同形式的波束形成原理的基础上，结合实际应用，阐述不同系统波束形成的模式，从而进一步理解多波束测深系统的工作原理。

2 波束形成原理

所谓波束形成是指将一定几何形状（直线、圆柱、弧形等）排列的多元基阵各阵元输出经过处理（例如加权、时延、求和等）形成空间指向性的方法（田坦等，2000）。波束形成也是将一个多元阵经适当处理使其对某些空间方向的声波具有所需响应的方法。波束形成的方法有很多，特别是在实际应用中，随着微电子技术、计算技术的快速发展，数字信号处理技术使时域、频域下的波束形成方法相互贯穿。

表1 我国目前已安装并使用的多波束测深系统（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

波束形成技术来自于基阵具有方向性的原理（蒋楠祥，2000）。设一个由N个无方向性阵元组成的接收换能器阵（如图1）。各阵元位于空间点（x_n，y_n，z_n）处，将所有阵元的信号相加得到输出，就形成了基阵的自然指向性。此时，若有一远场平面波入射到这一基阵上，它的输出幅度将随平面入射角的变化而变化。

当信号源在不同方向时，由于各阵接收信号与基准信号的相位差不同，因而形成的和输出的幅度不同，即阵的响应不同。

如果上述阵是一N元线阵，阵元间距为d，各阵元接收灵敏度相同，平面波入射方向为θ（如图2）。各阵元输出信号为：

F₀（t）=Acos（ωt）（1）

南海地质研究.2005

……

图2 线阵几何形状

Fig.2 Geometry shape of line array transcer

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其中A为信号幅度；ω为信号角频率；φ为相邻阵元接收信号间的相位差，Re为取实部，有：

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所以，阵的输出为：

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因为：

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则：

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所以：

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上式两边同时除以NA进行归一化处理，得：

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R（θ）表明，一个多元阵输出幅度大小随信号入射角而变化。一般而言，对于一个任意的阵形，无论声波从哪一个方向入射，均不可能形成同相相加或得到最大输出，只有直线阵或空间平面阵才会在阵的法线方向形成同相相加，得到最大输出。然而，任意阵形的阵经过适当的处理，可在预定方向形成同相相加，得到最大输出，这就是波束形成的一般原理。

2.2 直线阵相移波束形成

在前面讨论的基础上，直线阵相移波束形成的根本目的是：在相邻阵元之间插入相移β，则直线阵的求和输出为：

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归一化阵输出幅度变为：

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所以主波束方向满足：

φ-β=0

即：

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所以：

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或：

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上式表明：在阵元间插入不同的相移β，可以控制主波束位于不同的方向，这种在阵元之间插入相移使主波束方向控制于不同方位的方法称为相移波束形成。在窄带（主动声呐）应用中，一般常用相移波束形成方法。

2.3 直线阵时延波束形成

在直线阵相移波束形成的讨论中，有：

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因为：

β=2πfτ

所以：

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上式表明：在阵元间插入不同的时延τ，可以控制主波束位于不同的方向，这种在阵元之间插入时延使主波束方向控制于不同方位的方法称为时延波束形成。在宽带（被动声呐）应用中，一般常用时延波束形成方法。

2.4 圆阵波束形成

圆形阵的阵元一般均匀分布在圆周上。由于圆阵是几何上关于原点对称的，因而没有方向性。无自然的指向性波束，必须对阵元信号进行延迟或相移才能形成方向性，即使其补偿成一个等效的线阵。简单的实现方法是电子开关波束形成方法，这种方法利用电子开关进行控制，将一组延迟线接入不同阵元，以形成不同方位的波束。

以16元圆阵为例说明。假定只用圆弧上的七个阵元形成波束（如图3），如果目标信号从正前方来，为了形成同相相加，必须将各阵元信号延迟补偿到图中所示的直线（蓝色）上。设两相邻阵元所在圆弧的圆心角为α₀，则各阵元所需的相应延迟为：

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τ₁=τ₇=0（15）

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2.5 弧形阵波束形成

弧形阵的波束形成是圆阵波束形成的一种特殊情况，分布在弧形阵上阵元最终必须投影到一个等效的线阵中。如以时延来完成指向性的控制，各阵元的时延算法与“圆阵波束形成”的例子相同。

2.6 频域波束形成

从前面讨论中可知，一个波束形成器可对空间某方位的信号有响应，而抑制其它方位的信号，因此，波束形成实际上是一种空间滤波过程。根据线性系统理论，波束形成也是一种卷积运算，因而可用频域的乘积实现。所以波束也可以在频域内形成，这就是频域波束形成。频域波束形成常采用离散傅里叶变换（DFT），可以用数字信号处理中的快速傅里叶变换（FFT）加以实现，因此频域波束形成比时间域波束形成运算量要小（曹洪泽等，2002）。

设均匀间隔直线阵有N个阵元，间距为d。对阵元i的输出信号x_i（t）进行采样，取L点作DFT运算，即：

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其中i为阵元号，k为谱线号，l为时间序号。因此X_i（k）表示第i号阵元接收的时间序列的谱。

其次，对同一序号k的谱线作空间傅里叶变换，将X_i（k）重排为X_k（i），进行下列运算：

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其中m为波束号；w_i为阵元的幅度权值；Y_k（m）代表k号频率分量的第m号波束输出。这就是利用二维DFT实现频域波束形成的方法。

3 结论

综上所述，换能器的指向性是波束形成原理的基础。目前我国现役的多波束测深系统主要包括SeaBea m系列、Elac Botto mChart系列、EM系列、SeaBat系列和Atlas DS系列等^［4］，由于各系统生产厂家和工作水深范围不同，多波束系统采用的换能器、发射频率不同，因此，不同系统采用的波束形成方法也不尽相同。

Sea Bea m 2112深水多波束测深系统发射频率12 KHz，发射器和水听器独立安装，其中发射器14个模块，水听器8个模块共80个通道。水听器是4个模块一组共两组呈“V”型安装，换能器是典型的“米勒十字交叉”（Mill s Cr oss）安装模式。即便如此，波束形成原理符合直线阵相移波束形成原理。1998年8月，厂家根据合同对系统进行升级，在仅更换DSP 板的情况下，使系统的波束数从121个升级为151个，应该是运用了高级数字信号处理器完成的直线阵相移波束形成下的数字内插波束形成技术（移位边带波束形成）。EM120深水多波束测深系统的发射接收器也是独立安装，属于线性的“米勒十字交叉”结构阵，其基本的波束形成原理也是符合直线相移波束形成原理，由于其波束数已大大提高，应该还综合有频域波束形成技术。

EM950（或EM1002）中深水多波束测深系统发射频率95kHz，发射器和水听器二合一安装，波束数120个。换能器是一个半径为45cm的半圆弧形阵，作为一个高发射频率的主动声呐系统，采用的是弧形阵时延和相移波束形成技术的综合。EM3000浅水多波束测深系统发射频率300kHz，波束数120个，换能器是一个圆形阵（李家彪等，周兴华等，1999），采用技术与EM950类似。

SeaBat系列多波束系统在国内主要以浅水多波束测深系统为主，浅水多波束系统的换能器一般都是采用发射器和水听器二合一安装方式。SeaBat8101多波束测深系统的发生频率240kHz，波束数101个。换能器是一个直径为32cm的圆形阵，采用的波束形成方式与EM系列的类似。

Atlas Fansweep系列是利用侧扫声呐技术计算多个水深数据的多波束测深系统，与真正多波束测深系统比较起来技术指标相对落后。由于厂家产品开发战略转变的原因，深水多波束系统在近两年才推出。Atlas DS系列多波束系统在国内还没有用户，据称其新一代多波束系统采用了Chirp技术，接收波束数将超过300个，因此其波束形成技术应该主要以频域波束形成技术为主。

参考文献

曹洪泽，李蕾等.2002.一种基于FFT 波束形成的BDI 算法分析研究.海洋技术，21（2），55～59

蒋楠祥.2000.换能器与基阵.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，50～75

李家彪等.1999.多波束勘测原理技术与方法.北京：海洋出版社，6～9

田坦，刘国枝，孙大军.2000.声呐技术.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，63～120

周兴华，刘忠臣，傅命左等.1999.多波束海底地形勘测技术规程.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