MMUSIC算法在矢量水听器阵列波达方向估计中的应用

本文提出MMUSIC算法在矢量水听器阵波达方向估计中的应用，并详细描述了该算法的原理及应用过程，最后进行了几个仿真对比试验。仿真结果表明该算法在矢量水听器阵波达方向估计应用中的可行性和有效性。     

单矢量水听器方位频率联合估计新方法

旋转不变子空间法和多重信号分类法需假设背景噪声为独立的高斯白噪声或自相关矩阵已知,当条件不满足时算法的性能急剧下降。针对这一问题,根据矢量水听器多通道输出的特点,提出了一种基于平行因子模型的单矢量水听器方位频率联合估计方法。首先利用矢量水听器各个通道t时刻和t+1时刻的输出数据,计算声压和各振速不同组合时的四阶累积量,并构建三阶平行因子模型;然后分析了 PARAFAC 模型低秩分解的唯一性条件并利用三线性交替最小二乘算法得到了单矢量水听器阵列流形和相位延迟估计,进而得到目标的方位和频率估计。与旋转不变子空间法和多重信号分类法相比,该方法不需要子空间估计和谱峰搜索,在高斯噪声和拉普拉斯噪声背景下对多目标的分辨能力好于ESPRIT算法。仿真和实测数据的分析结果证明了算法的有效性。     

一种改进的WSF算法在单矢量水听器多目标方位估计中的应用

文章针对单个矢量水听器的多目标方位估计,提出了一种基于加权子空间拟合(WSF)的算法,该算法首先对单个矢量水听器接收数据作一任意的时间延迟,而后仿照ESPRIT算法的思路求解阵列响应矩阵,从中抽取各目标的波达方位。该算法在保留WSF算法分辨力高、估计方差小的优点的同时,通过结合ESPRIT算法的思想,克服了WSF算法计算量大,需迭代求解的缺点。由于该算法和声源频率无关,因而可直接应用于宽带声源的测向,并避免了传统ESPRIT算法中因估计延时相位而导致的频率-方位模糊问题。文中通过数值仿真和推导Cramer-Rao下界,给出了该算法的性能评价,数值仿真和湖试实验结果也充分验证了该算法的有效性。     

矢量水听器阵时频MUSIC算法研究

时频MUSIC算法利用信号的时频分布构造空间时频分布矩阵,并用该矩阵代替传统的相关矩阵进行DOA估计,可以有效抑制噪声和干扰,提高算法的稳健性。时频子空间算法突破了传统子空间算法中阵元数对估计信号个数的限制,时频点包含了信号的时频空三维信息,通过时频点的选择可直接确定信号的频率从而确定阵列流型矩阵。对于宽带信号,在进行方位估计时避免了频域搜索,减少了运算量。将时频MUSIC算法应用于二维矢量水听器垂直线阵中,充分利用矢量水听器的标、矢量信息和信号的时、频信息进行宽带信号的二维波达方位估计。仿真研究验证了算法的有效性。     

一种空间匹配的高速飞行目标轨迹估计方法

针对低空高速飞行目标轨迹估计问题,提出了一种利用多阵列进行空间匹配的轨迹估计方法。该方法首先对探测范围内的空间点进行划分,计算其相对于阵列参考坐标的真实方位角与俯仰角并建立字典进行存储。将传感器阵列接收到的信号进行分帧处理,对每一帧数据计算波达方位。理论上,在探测范围内,高速运动目标为直线运动。在理想情况下,对于单个阵列,每一帧数据得到的方向矢量与参考坐标所构成的直线均处于同一平面。对每一帧数据估计得到的波达方位在字典上进行匹配,找到误差最小的N个空间点,进行直线拟合。再对由两帧以上数据得到的直线进行空间平面拟合,得到估计平面。两个阵列所得的估计平面的相交直线即为高速飞行目标的估计轨迹。仿真结果验证了高速飞行目标的轨迹估计算法的有效性。     

矢量水听器阵列自适应子空间跟踪算法

矢量水听器能同时共点获得声场中声压和振速,与其他水听器相比,能获得更多的信息量,具有很好的应用前景。矢量水听器阵列的MUSIC算法能实现360°无模糊方位估计,然而对于方位时变的目标源,该算法很难完成对上述目标源方位进行实时跟踪估计。鉴于此,将MALASE算法和MUSIC算法相结合,提出了一种矢量水听器阵列的自适应子空间跟踪算法。仿真结果表明,该算法既保留了MUSIC算法的性能,又实现了对目标源进行实时跟踪估计,且方位估计误差仅为0．4°左右。     

基于M序列调相信号的矢量水听器方位估计

利用矢量水听器接收确知脉冲信号来确定声源方位时,脉冲信号形式可以考虑采用M序列调相信号,具有良好的抗多途效应,本文提出了各向同性噪声场下利用矢量水听器接收确知脉冲信号进行方位估计的最大似然方位估计.矢量水听器的水池试验结果证明在多途效应比较严重的情况下,采用M序列调相信号利用以上方法进行方位估计仍可取得较高了测向的精度.     

一种基于相关积分的互谱WVD目标方位估计方法

针对水下高速运动目标的被动跟踪问题,将魏格纳-威尔分布(Wigner-Ville Distribution,WVD)算法与互谱法相结合,构建了一种矢量信号处理框架下的目标方位估计方法——基于相关积分的互谱WVD算法。该算法利用了矢量水听器声压通道与振速通道信号的相关特性,首先通过计算两者的互相关函数来提取目标信号的特征信息,然后通过短时积分与傅里叶变换将互相关函数从时域转换到频域,最后在频域提取信号的特征参量,并进行方位估计。仿真研究表明,当目标处于远距离且低速运动时,所提算法的方位估计性能与互谱声强法基本一致;而当目标处于近距离且高速运动时,算法的方位估计性能大大优于互谱声强法。     

潜标姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响

潜标系统作为一种矢量水听器水下工作安装平台,不可避免的姿态变化会引起矢量水听器各通道接收兴趣信号的起伏变化,致使目标方位估计结果偏离真实目标方向。理论推导分析了潜标体姿态变化对矢量水听器目标方位估计的影响,定量分析了矢量水听器目标方位估计与姿态变化周期(频率)的关系,并进一步讨论了与幅度及积分时间等的关系,如姿态幅度为40°时要方位估计误差小于5°,则积分时间至少要大于24s。研究结果对矢量水听器目标方位估计时的积分时间选取具有重要指导意义。     

基于稀疏信号功率迭代补偿的矢量传感器阵列DOA估计

针对现有稀疏信号功率迭代算法对方位相近目标分辨概率与估计精度较低问题,提出了一种稀疏信号功率迭代补偿的矢量传感器阵列波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。基于稀疏信号补偿原理和加权协方差矩阵拟合准则,构建了关于稀疏信号功率与补偿权重的目标函数。推导了稀疏信号功率迭代更新表达式的闭式解。通过对稀疏信号功率进行谱峰搜索获得DOA估计值。理论分析表明,所提算法通过对离散网格点上的信号功率进行补偿提高了方位相近目标的分辨率概率与估计精度。仿真结果表明,相较于经典子空间算法与现有稀疏功率迭代算法,所提算法对方位相近目标具有较高的分辨概率与估计精度。     

矢量线阵二维波达方位估计的方法

声矢量传感器南声压传感器和质点振速传感器组成,它可以空间共点、时间同步测量声场的声压标量和振速矢量信息。钏对声压线阵无法同时分辨目标的方位角和俯仰角,而三维矢量传感器线阵会带来成本的增加和工程应用上的困难．利用二维矢量传感器组成的直线阵对目标的二维波达方位进行联合估计,详细推导了矢量阵MUSIC算法的数学表达式,并着重对矢量线阵在三维坐标不同轴上时对方位估计的影响进行了研究。仿真结果表明二维矢量线阵布放在水平的X轴或Y轴上时存在方位模糊．而布放在垂直的Z轴上时可以实现全空间无模糊定向,且对双目标也有较高的分辨率。     

星敏感器图像模拟及目标背景运动特性分析

考虑了星敏感器的方位和俯仰角度,给出了一种星空背景和目标的星敏感器序列图像模拟方法.利用TLE轨道根数与SGP4/SDP4模型计算出星敏感器和目标的精确位置和速度.考虑了传感器坐标系、星体坐标系、2000.0地心惯性坐标系三者的关系,对背景和目标分别计算其在CCD中的成像位置和灰度值并叠加生成序列图像.最后在图像仿真的基础上,分析了图像中背景与目标的运动性质.对背景和目标在图像中运动性质的分析结果对于弱小目标图像检测问题的解决也有帮助.     

Indoor GPS工业测量系统自标定技术研究

Indoor GPS工业测量系统在进行测量前必须标定各发射头之间的相对位置关系及其空间姿态,针对此自标定问题,采用单个圆柱型传感器配合标准尺进行测量,获得空间点相对于各发射头中心的水平方位角和垂直方位角,在此基础上建立了基于角度值的坐标参数转换模型,采用非线性最小二乘法进行解算以完成Indoor GPS的自标定。实验证明该方法简便可行。     

一种运动目标位置合成的快速算法

研究用经纬仪测定运动目标位置过程中的有关问题。为保证算法的实时性,采用直线插值方法。根据非整数倍周期时的偏差量,给出偏差量在整数倍周期时的带有延时作为参数的表示式。利用这一表示式,在目标作匀加速运动的前提下提出了延时的辨识方法,从而解决了目标位置合成中的难题。     

压差型矢量传感器的方位估计性能

压差型矢量传感器具有结构简单、抗机械运动扰动性能强等优点,便于制作成浮标使用。提出了通用的矢量传感器整机测试的方位校准方法,在近似各向同性噪声场中验证了压差型矢量传感器声压、振速分量的独立性。海试浮标的拉距实验表明,压差型矢量传感器的方位估计精度达不到克拉美罗界（CRB）,实测精度大致比理论值降低3倍。     

单矢量传感器DEMON谱检测技术研究

水声目标辐射噪声的包络谱中包含调制线谱(DEMON),不同类型的水声目标其DEMON谱不同,研究单矢量传感器利用DEMON谱检测目标信号的能力。采用文中定义的解析声强流方法,将单矢量传感器拾取的同一点的多信号源的振速矢量叠加统一描述在解析声强流的相位中,目标方位可以通过计算解析声强流的相位得到。仿真计算结果表明,这一方法对不同基频调制的宽带信号的检测能力可达-20dB,方位分辨能力在信噪比为-15dB时约为10°。对湖试数据的处理结果已证明本方法的可行性。     

基于多波束系统的水下目标近程回波亮点声图像

模拟多波束系统,仿真得到了水下目标的二维回波亮点声图像。先采用小分置角双基地目标回波特性计算的近场板块元方法,计算得到水下目标的传递函数。再根据多波束系统的理论,建立了水下目标回波亮点二维声图像的基本框架,实现了水下目标回波亮点二维声图像仿真。最后得到了水下目标不同方位角情况下近程二维回波亮点的声图像。     

光电经纬仪旋转靶标特性对目标跟踪的影响

旋转靶标是一种室内检测光电经纬仪跟踪性能的常用设备.本文介绍了旋转靶标的基本组成结构和影响靶标运动特性(方位俯仰角速度、角加速度)的基本参数,应用球面三角几何建立了旋转靶标的方位俯仰角坐标方程.依据方位俯仰角坐标方程分析靶标的特性参数对靶标运动特性的影响,说明旋转靶标存在运动特性与实际跟踪目标特性不一致的问题,得出应用...     

基于L型线阵的二维分布源参数估计方法

针对二维分布源信号波达方向估计问题,提出了一个新的二维分布源模型及其参数估计方法。将基于角度信号密度函数的一维相干分布源模型扩展至二维,推导了二维分布源的广义阵列方向向量。在L型线阵下,利用广义MUSIC算法,首先估计出俯仰角及其扩散参数,然后利用估计出来的俯仰角及扩散参数对方位角及扩散参数进行估计。仿真实验表明,所提出的二维相干分布源参数估计算法具有良好的定向精度。