宽带高分辨方位估计的水池试验数据分析

宽带高分辨方位估计是目前水下阵列信息处理的研究热点和方向,在H．Wang提出了相关信号子空间处理方法(Coherent Signal-Subspace Method,CSSM)后,该方法一直是宽带高分辨方位估计的研究热点。该文建立了宽带阵列信号处理的模型,介绍了宽频带高分辨方位估计的几种典型CSSM类算法。进行了宽带高分辨方位估计消声水池试验,在理论上分析和比较了各种方法处理效果,验证了宽带高分辨算法的有效性。针对工程实际中阵列误差导致的模型失配,提出了一种宽带阵列误差的综合校正方法,结果证明该方法有着良好工程运用前景。     

基于遗传算法的宽带目标波束空间DOA估计

提出一种基于遗传算法的宽带目标到达方位(DOA)估计新方法,该方法首先通过傅立叶变换方法设计频域恒定束宽转换矩阵,并使用该矩阵将阵元空间的数据转换到波束空间,同时,利用宽带波束空间遗传算法进行DOA估计。计算机仿真表明:在低信噪比条件下该算法相比于CSS类子空间算法、CSS类最大似然算法和阵元空间遗传算法有更高的分辨概率,更小的均方误差。     

OFDM系统中基于全相位算法的最大似然信道估计器

在OFDM系统中设计了一种基于全相位快速傅里叶变换算法的最大似然信道估计器。全相位傅里叶变换相对于快速傅里叶变换呈现平方的幅度增益性质,在高信噪比情况下可以抑制最大似然估计器中的自带噪声,由此能够更准确地估计出信道冲击响应,并用来均衡信号。同时,OFDM采用全相位傅里叶变换作为解调算法克服了系统晶振不匹配以及信道传输过程中产生的频偏。在3GPP的空间信道模型下,设计了基于全相位最大似然估计器的OFDM系统,并与传统的最大似然估计器系统比较,使用蒙特卡洛方法仿真证明:信道冲击响应估计的均方误差和系统误码率均有所下降。     

水下机器人位姿控制中的精确极大似然配准算法研究

本文阐述了水下机器人位姿控制原理和多传感器信息融合的基本概念,着重研究了配准的极大似然算法(EML).该算法通过两步递归最优化方法来实现,并采用改进的高斯-牛顿法来确保算法的快速收敛性.最后利用水下机器人模型BSAV-Ⅰ水池实验的实时数据给出了仿真计算,验证了极大似然配准算法在实际环境中应用有效性.     

近场声源定位的改进最大似然方法研究

研究近场声源定位性能优化问题,针对常规最大似然方法在空间非均匀高斯噪声背景下定位准确率下降的问题,基于平面阵建立了近场声源信号模型,推导了空间非均匀噪声条件下求解声源方位和距离信息的最大似然定位方法,提出使用引力搜索算法解决了以上最大似然方法在多维参数空间搜索的高运算复杂度问题,通过仿真验证了改进方法的可行性和有效性,并说明估计精度较高,在低信噪比下方位和距离的均方误差都小于常规最大似然方法,并且在高信噪比条件下方位和距离的均方误差都逼近克拉美-罗界.     

一种快速的定时同步算法

针对突发通信定时同步问题,提出一种快速同步算法。利用最大平均幅值和两边的次最大平均幅值直接估计出定时误差,既能够实现4倍符号速率的定时同步,又避免了传统最大似然估计法需要进行的大量乘法运算,能够实现定时误差的快速恢复。最后利用MATLAB进行Monte Carlo仿真实验,仿真结果表明新算法不仅具有低的复杂度,还具有高的估计精度。     

基于极大似然准则和最大期望算法的自适应UKF 算法

针对噪声先验统计特性未知情况下的非线性系统状态估计问题,提出了基于极大似然准则和 最大期望算法的自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF) 算法.利用极大似然准则构造含有噪声统计特性的对数似然函数,通 过最大期望算法将噪声估计问题转化为对数似然函数数学期望极大化问题,最终得到带次优递 推噪声统计估计器的自适应UKF算法.仿真分析表明,与传统UKF算法相比,提出的自适应UKF算法 有效克服了传统UKF算法在系统噪声统计特性未知情况下滤波精度下降的问题,并实现了系统噪 声统计特性的在线估计.     

多径相干信号到达角和衰落系数的最大似然估计

针对多径相干信号到达角(DOA)和衰落系数(FC)的估计问题,在已知信号波形条件下,提出了一种联合估计DOA和衰落系数的改进最大似然估计方法。通过改进最大似然估计求极值获得DOA和衰落系数的解,在联合估计参数时,使用交替极大值技术,降低了估计算法的复杂度,并且推导了最大似然估计的Cramér-Rao界。理论分析和实验表明,该方法与现有方法相比具有更好的估计性能,当来自不同辐射源的多径信号中存在相同DOA时,仍然可以得到很好的估计效果。     

VisualDSP中多目标定位算法仿真研究

多目标方位估计(DOA)是水下进行目标探测的关键技术。高分辨目标DOA算法具有良好的工程应用前景。在水下多目标DOA的多处理器硬件平台上,实现了基于特征分解的多种高分辨DOA算法,并用水池实验数据进行了仿真研究,对算法的运算时间和方位估计的性能进行了分析。实验结果表明,系统能够实时完成高分辨DOA算法,波束域方法比阵元域方法性能优越,具有良好的方位估计性能和实时处理能力,满足了工程技术要求。     

一种OFDM系统最大似然信道估计的改进算法

针对传统的信道估计算法中算法性能与复杂度的矛盾,研究了一种低复杂度的最大似然信道估计算法。仿真结果表明,该算法与传统的信道估计算法相比较,具有较低的复杂度和较好的估计性能。     

非均匀线阵的宽带波达方向估计

研究了基于非均匀线阵的宽带DOA估计问题和非均匀线阵的阵形。对宽带相干信号子空间算法（CSM）和修正MUSIC算法（MMUSIC）的基本原理作了简单介绍。基于修正MUSIC算法和CSM算法,提出了一种适合非均匀线阵的宽带DOA估计算法。仿真结果表明提出算法在非均匀线阵对称布阵方式下取得很好的效果,提高了DOA估计性能。     

一种新的宽带DOA估计自聚焦算法

具有较高精度的宽带信号波达方向（DOA）快速估计算法是其实用化所要解决的重要问题。提出了一种新的相干子空间（CSM）类宽带DOA估计自聚焦算法。算法利用子空间投影变换将信号分离后分别处理,通过不断更新聚焦方向实现自聚焦。与已有算法相比,不受DOA初始值的影响,有更小的聚焦误差;不同目标在聚焦矩阵更新过程中无需再做奇异值分解,有较低的实时计算量。仿真实验表明,算法以较小的计算代价实现了近乎最优的聚焦性能,有较高的DOA估计精度。     

基于稀疏表示的OFDM信号的DOA估计

针对正交频分复用（OFDM）, 宽带信号波达方向(DOA)估计问题, 提出一种基于宽带信号协方差矩阵稀疏表示的DOA估计方法。该方法是在协方差矩阵主对角线下对左下角三角形元素按各条对角线取平均值后形成一个新的向量, 然后将该向量写成冗余字典形式。在冗余字典下对信号进行稀疏性约束形成二阶锥约束优化问题, 再用工具箱SeDuMi来实现DOA估计。理论分析和仿真结果表明, 该方法在低信噪比和少快拍数下分辨率很高, 是一种有效的宽带信号DOA估计算法, 此方法优于基于高阶累积量算法和宽带聚焦算法的DOA估计方法。     

短快拍条件下宽带chirp信号的波达方向估计

传统的波达方向(DOA)估计算法角度分辨率低或者依赖于大量的快拍,基于稀疏参数估计的SPICE谱估计算法虽然在很少的快拍数即短快拍条件下就能达到较高的分辨率以及低的旁瓣水平,但是只适用于窄带信号。为了解决上述问题,即仅依靠少量快拍实现对宽带线性调频(chirp)信号的高分辨率DOA估计,提出了一种FrFT-SPICE算法。首先,将宽带chirp信号进行特定阶次的分数阶傅里叶变换(FrFT),将时域的chirp波形变为FrFT域的单频正弦波形;其次,推导出FrFT之后接收信号的方向向量;最后,将方向向量代入到窄带的SPICE算法中,实现对宽带chirp信号的DOA估计。仿真实验中,在少量快拍以及扫描间隔相同的前提下,同多重信号分类(MUSIC)与FrFT相结合的FrFT-MUSIC算法相比, FrFT-SPICE在DOA估计的分辨率方面有所提高;而同将空间重采样(SR)与迭代自适应算法(IAA)相结合的SR-IAA相比, FrFT-SPICE在估计精度上有所提高。实验结果表明,所提算法能够在短快拍条件下实现对宽带chirp信号的高分辨率、高精度的DOA估计。     

基于空时离散傅里叶变换投影的宽带旋转不变技术估计信号参数算法

利用采样频率和频域数据的关系,对空时离散傅里叶变换(DFT)投影方法进行改进,并且讨论分析了采样频率对其解相干性能的影响,然后将窄带旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)类算法应用到宽带相干源方位估计中,提出一种基于空时DFT投影的宽带ESPRIT算法。仿真结果表明,适当地增加采样频率可以改善空时DFT投影方法的方位估计性能,并且比起快速傅里叶变换(FFT)插值法,空时DFT投影方法具有更加优越的方位估计性能。     

基于离散多项式变换的宽带线性调频信号波达方向估计

为了解决宽带信号处理的问题,研究了一种宽带线性调频(LFM)信号的波达方向(DOA)估计方法。该方法采用离散多项式变换(DPT)将宽带的LFM信号变换成窄带的,经过变换后,即变换为单个正弦信号和新的噪声。这样可将时变的方向向量转化为时不变的方向向量,再采用常规的窄带信号处理方法--多信号分类(MUSIC)算法,对信号的波达方向进行估计。理论分析和仿真结果表明,该方法能够精确地估计信号的波达方向;不仅计算量小,易于实现,而且估计性能好。     

基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM相干信号二维DOA估计

在分数阶傅里叶(FRF)域从离散角度推导了二维DOA估计数学模型,并在此模型基础上提出基于分数阶Fourier变换的二维相干信号DOA估计新算法.该方法利用分数阶傅里叶变换良好的能量聚集性,在分数阶傅里叶(FRF)域构造前后向空间平滑DOA矩阵.通过对DOA矩阵进行特征值分解,估计信号子空间和噪声子空间,由信号子空间的特征值和特征向量得到宽带LFM相干信号的二维到达角,避免了二维谱峰搜索和交叉项,也无需参数配对.理论推导与实验仿真验证了算法的有效性.     

不等目标强度下的宽带波束域高分辨新算法

在低信噪比下，宽带波束域高分辨方法比宽带阵元域高分辨算法有更优的方位估计性能，但是基于恒定束宽多波束输出的宽带波束域高分辨算法对不等强度目标的分辨能力较差，而在实际声纳系统中所接收的目标强度大多是不相等的。该文提出了一种在低信噪比下不等目标强度的宽带波束域高分辨方位估计新算法，通过调整多波束输出方位来抑制高能量信号，达到分辨不等强度目标的目的，解决了实际系统中不等强度目标源的分辨问题。仿真结果表明，该方法在低信噪比，具有比传统宽带波束域高分辨算法和阵元域高分辨算法更优的不等强度目标分辨性能。     

宽带信号DOA估计自回归迭代算法

基于最小均方误差(MMSE)准则提出一种宽带信号波达方向(DOA)估计算法。将宽带信号通过窄带滤波器组转化为窄带信号,采用自回归迭代方法恢复窄带信号的稀疏表示,根据稀疏表示得到信号源个数和DOA估计。该算法不仅有超分辨率能力,而且不必预先知道信号源个数。此外,本算法能对相干信号源进行DOA估计而不需要解相关预处理。仿真结果验证了该算法的有效性。