宽带相干源波达方向估计的新方法及性能分析

本文首先介绍了宽带阵列信号的模型，然后给出了一种新的基于信号子空间的宽带信号DOA估计算法。新算法直接分解接收数据协方差矩阵得到聚焦矩阵，通过聚焦变换将不同频率点的信号子空间聚焦到参考频率点，聚焦后得到单一频率点的数据协方差矩阵，再应用窄带MUSIC算法进行DOA估计。由于是直接分解接收数据协方差矩阵得到聚焦矩阵，因此新算法无需预估计波达方向，可以避免角度预估计对测向性能的影响，而且减少了计算量，提高了宽带信号DOA估计的实时性。最后在16元均匀线阵的情况下，选用宽带高斯信号源进行仿真，将新算法与RSS算法和TLS算法相比较，验证了新算法的优良性能。     

基于DOA估计的GIL击穿放电定位方法研究北大核心CSCD

针对传统的GIL击穿定位方式测试过程复杂、定位精度较差的问题,采用基于传声器阵列的空间谱估计技术对GIL击穿信号源的位置进行了识别研究。通过连续小波变换对击穿信号进行时频域的联合分析,构建多分辨率时频阵列信号模型并引入到传统MUSIC算法中以提高对GIL击穿信号的DOA估计精度,通过数值模拟对算法的定位效果进行了分析,仿真结果表明结合连续小波变换的MUSIC算法对于瞬态击穿信号有更好的定位效果。采用8阵元的直线阵列在某高压大厅的GIS模型上代替GIL进行耐压击穿定位试验研究,基于连续小波变换的MUSIC算法结合双阵列平台交叉定位对GIL击穿信号源的定位误差小于10 cm,试验结果表明该方法可应用于GIL的击穿定位。     

基于RD-MUSIC算法的局放超声阵列检测方法仿真研究

超声阵列检测是一种可靠性较高的局部放电定位方法,而目前对局放超声阵列信号的波达方向研究尚不成熟。基于此,文中提出了一种基于多重信号分类降维(RD-MUSIC)算法的局放超声阵列信号波达方向(DOA)估计方法。首先,将局放超声阵列信号波达方向(方位角和俯仰角)的谱峰空间采用二维并行搜索方式;其次,基于RD-MUSIC算法将局放源分解为方位角和俯仰角的一维顺序搜索方式,将阵列输出信号的协方差矩阵进行处理,进而提高了该一维DOA估计方法对局放源的分辨性能;最后,将RD-MUSIC算法与多重信号分类(MUSIC)算法作仿真对比,结果表明,RD-MUSIC算法测向性能好,运算速度快,其测向误差小于MUSIC算法,进一步提高了定位的准确度。     

基于MUSIC-Group Delay算法的相邻相干信号源定位

为了准确的进行相邻的相干信号源定位,提出了一种基于多重信号分类群延迟（MUSIC group delay）的改进算法。首先,将空间平滑技术引入到波达方向（DoA）估计当中去除部分相干信号。由于在信号源相邻的情况下子空间算法的性能降低,就结合了MUSIC Group Delay算法来区分相邻的信号源,这种方法因为自身的加和性通过MUSIC相位谱来计算群延迟函数,从而能估计出相邻的信号源。理论分析和仿真结果表明提出的方法估计相邻的相干信号源比子空间算法更精确,分辨率更高。     

对数螺旋阵列的相干信号 DOA 估计研究

在对数螺旋阵相干信号DOA估计的研究中,本文提出一种VA-MMUSIC算法,把对数螺旋阵虚拟成均匀线阵,推导出虚拟后阵列的协方差矩阵,再将协方差矩阵应用到MMUSIC算法中,对相干信号进行DOA估计。仿真结果表明,VA-MMUSIC算法,能够实现对相干信号的DOA估计,且在信噪比为10 dB,信号间隔在5°以内时,VA-MMUSIC算法依然能准确地估计出相干信号源的方位角,误差始终保持在0.5°内,验证了此方法的有效性。并在实际实验条件下利用对数螺旋阵列接收相干信号源数据,验证了实际环境下VA-MMUSIC算法的有效性。     

基于麦克风阵列的近场声源定位子阵算法研究

基于麦克风阵列的声源定位技术在通信、语音处理等领域得到广泛的应用.结合远场窄带信号的子阵算法和麦克风阵列信号处理的特点,提出了基于麦克风阵列的声源三维定位子阵算法.根据室内环境噪声分布特点,把阵列分成两个位置不同的子阵,调节子阵的位置,使阵列接收相同的语音信号和不相关的方向噪声,利用两个子阵的互相关矩阵,实现声源定位.该算法能够抑制混响、干扰等非高斯百噪声,提高声源定位系统的性能.仿真结果表明,该算法比声源三维定位MUSIC算法有更好的定位性能.     

新型快速DOA估计算法

针对传统MUSIC算法进行DOA（direction of arrival）估计计算量过大、难以实现实时处理的问题,提出了一种新型测向算法。基于信号子空间与噪声子空间的正交性,利用部分噪声子空间进行变步进谱峰搜索,通过减少单个伪谱值估计运算量、减小谱峰搜索范围以及规避信号源个数估计过程,大幅降低了算法实现复杂度,同时优化加法和乘法运算数配比,将乘法运算量减少至1/4以下,降低了硬件运算负荷,可实现信号实时处理。通过计算机建模、仿真及性能比对,验证了该方法对运算性能的改进效果。     

相干信源DOA估计算法研究

相干信源DOA估计是阵列信号处理的一个研究热点。而空间平滑技术是目前一种较有效的降维类解相干处理算法,但它是通过牺牲阵列有效阵元数来换取解相干能力的,阵列孔径有一定的损失。本文提出了一种新的平滑去相干算法,该算法基于传感器阵列数据快照的基础上,采用前后向平移技术,使用同一几何阵列构造三个虚拟子阵,没有物理孔径损失,该算法对三个子阵列的数据协方差矩阵进行前后向平均,再采用传统的MUSIC算法进行DOA估计。仿真结果表明该算法比传统的平滑算法有更好的估计性能。     

基于频域子空间平滑的MUSIC时延估计算法

时延估计常被用在无线定位测距中,针对多径环境下定位精度下降和时延估计失真的问题,提出了一种基于正交频分复用（OFDM）频域子空间平滑的超分辨率（MUSIC）时延估计算法。首先使信号源经过OFDM调制,利用子载波形成数据流;随后在频域对数据流的协方差矩阵作双向平滑处理,使其最大程度的利用信号子空间的数据信息;最后利用MUSIC算法下信号/噪声子空间正交性逐一进行谱峰检测,并针对噪声情况对伪谱作归一化处理,从而获得更为准确的时延信息。计算机仿真表明,本文优化算法相对于特征空间MUSIC算法具有更高的谱峰和更窄的旁瓣,且无错误估计干扰。在测距信号间隔较近时能够有效解决估计失真问题,最小时延间隔可达6ns,分辨能力较强。估计性能层面,可在信噪比为-15dB复杂条件下估计精度达到3ns左右,验证了该算法的有效性和优越性。     

冲击噪声背景下相干信号DOA估计

针对冲击噪声背景下相干信号源的波达方向估计问题,提出了一种基于分数低阶矩的修正MUSIC算法。首先根据阵列接收数据,计算出分数低阶矩矩阵,从而抑制冲击噪声对阵列接收数据的影响;然后采用修正MUSIC算法基本原理,通过对矩阵的共轭重排,解决因相干信号的存在而导致的阵列协方差矩阵秩的亏损问题,并提高了算法的估计性能。通过对所提方法进行仿真实验验证以及相关理论性分析得知：所提算法能够有效抑制冲击噪声的影响,同时可对相干信号进行解相干处理,并且与分数低阶奇异值分解算法及数据预处理后进行重构的自适应方法相比具有更高的估计精度和估计成功概率。     

基于MUSIC和ESPRIT算法的DOA动态布站

DOA估计是阵列信号处理领域中的一个研究重点。阐述了波达方向（DOA）估计中2种经典算法多信号分类算法（MUSIC）和旋转因子不变法（ESPRIT）。在噪声是均值为0、方差为05的高斯白噪声下进行了MUSIC算法的空间谱估计,准确地估计出3个来波信号的方向。同时,通过改变信噪比计算不同信噪比下MUSIC与ESPRIT算法估计结果的均方根误差,得出MUSIC算法与ESPRIT算法估计结果相比精度更高,但运行速度较慢。在相同信噪比下,改变阵元数,观察对两种算法均方根误差的影响,得出两者呈正相关。最后分析了在实际应用中外辐射源雷达系统常常使用两部或多部雷达布站,因此多舰艇编队的动态布站问题可以看作布站形式和平台机动的综合问题。分析了外辐射源多站系统在DOA体制下以几何精度因子表征为布站指标的探测精度,解决海基多站DOA动态布站问题。     

基于刚性圆柱上均匀圆阵的改进MUSIC算法

探讨了存在障碍物时声源波达方向估计问题。以环绕在刚性圆柱上的均匀圆阵为阵列模型,从声波的传播和扩散原理出发,在对声场特性的分析中将声学原理和阵列信号处理技术相结合,分析了刚性圆柱体散射声场及其分解,以及刚性圆柱体对圆阵响应的影响,在对声场分解所得到的特征波束空间,利用实值MUSIC算法实现了声源波达方向估计。该算法能较好地估计出空间多个声源的波达方向,并且具有计算量小,估计精度高和解相关声源的能力。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

相关噪声中DOA估计的一种新算法

本文提出了一种在空域平稳的相关性噪声中利用等间距线性排列的一维天线阵来进行DOA估计的新算法.根据噪声自相关矩阵为对称Toeplitz矩阵的特点,利用接收数据自相关矩阵减去其一变换矩阵(R-JRJ,其中J为交换矩阵)得一差阵,使得数据的相关矩阵中与噪声相关的分量被对消掉.同时,文章中详细地论证说明了这差阵的特征向量、特征值与自相关矩阵的相应部分的定量关系,提出了相应的DOA估计方法.所以,使用这种方法完全避免了噪声对DOA估计的影响.仿真说明,这种方法是有效的,避免了噪声对DOA估计的影响;另外,即使在非相关性噪声条件下,这种方法也比标准MUSIC方法具有更高的分辨力、更高的参数估计精度.     

MUSIC算法的性能分析与改进

使用均匀线性天线阵列雷达,在MUSIC小波预处理方法的基础上对其进行改进,将小波预处理MUSIC算法改进成小波包预处理MUSIC算法,并将其与旋转不变子空间算法(ESP RIT)算法、最大似然估计法(MLE)算法和小波预处理MUSIC算法进行仿真比较,通过计算机仿真结果证明,改进后的小波包预处理MUSIC法比小波预处理MUSIC方法具有更高的精确度和更好的稳定性.     

基于单辅助源校正的MUSIC测向性能分析与实验验证

实际测向系统中,由于多通道微波组件、天线阵元及连接电缆等射频部件传输特性不一致的影响,使得接收通道失配问题不可避免。存在通道失配时,天线阵列的接收数据中含有幅度和相位误差,最终导致空间谱的波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计性能急剧下降甚至失效。本文针对这一问题,采用一种基于单辅助信源的通道校正算法,研究了该算法在通道数据预补偿和导向矢量修正的具体应用方法,并结合多信号分类算法（Multiple Signal Classification, MUSIC）进行DOA估计。从信噪比、快拍数和均方根误差等仿真参数证实了校正算法的有效性,并利用硬件平台的实测数据,验证了校正算法能够对通道失配进行有效补偿并获得较高的DOA估计性能。     

一种基于四阶累积量的声定向方法

针对深水钻井隔水管监测系统水下测点的声定向问题,建立了空间任意结构阵列的数学模型,分析了阵列信号的四阶累积量特性,提出了一种基于四阶累积量的空间任意结构阵列MUSIC算法,可对多于阵元数的空间多目标源进行二维波达方向估计,并能够有效抑制高斯色噪声。以一种空间结构的四元立体阵为例进行了计算机仿真,实现了对空间四个不同方向目标的二维波达方向估计,且对高斯噪声的抑制性能优于二阶统计量MUSIC算法。     

基于改进MUSIC的声源定位方法

为设计更有效的声源定位方法,深入研究了传统 MUSIC 算法,并针对其分辨率低且在麦克风数目较少时波达方向 (direction of arrival,DOA)估计精度较差等问题,对传统 MUSIC 算法进行了优化,利用广义互相关算法估计出声源信号到达各 麦克风之间的时间差,并据此构建出对应的矢量信号,最后通过计算谱函数确定 DOA 估计值。 仿真和实验结果表明,优化后的 MUSIC 算法可以得到更加尖锐的指向性波束,更低的旁瓣,并且能使方位角的定位精度达到±4°,俯仰角的定位精度达到±5°。     

一种基于一维噪声子空间的幅相误差自校正方法

以MUSIC、数字波束形成为代表的一类阵列信号处理方法,在存在阵列和通道幅相误差时,性能急剧下降。本文在介绍Friedlander经典自校正算法基础上,指出了该算法的不足,并提出了基于一维噪声子空间的自校正算法,还给出了算法详细实现步骤,该算法能在估计DOA方向同时进行阵列幅相误差校正。MATLAB和DSP仿真结果表明新算法性能良好。