基于多级维纳滤波器的声矢量阵空间谱估计算法

针对传统的声矢量阵高分辨空间谱估计（来波方向估计）算法运算量大、不易于工程实现的问题,提出一种基于多级维纳滤波器(MSWF)的声矢量阵快速来波方向估计算法,即V-MSWF算法,选取声矢量阵参考阵元声压通道的输出作为期望信号,通过MSWF的递推运算得到信号子空间。通过计算机仿真及消声水池实验对V-MSWF算法的性能进行了验证。结果表明,V-MSWF算法无需计算阵列协方差矩阵及特征值分解运算,在高信噪比条件下,具有良好的来波方向估计性能。     

色噪声背景下基于声矢量阵列孔径扩展的相干目标波达方向估计

在目标波达方向(DOA)估计中,更大的阵列孔径往往能够获得更高估计分辨率和估计精度.然而,在色噪声背景或相干目标情况下,子空间类DOA估计算法性能急剧下降.针对这个问题,采用2个分置且相互垂直的均匀线性矢量阵列,通过阵列之间的协方差矩阵前向/后向平滑进行解相干预处理,并消除有色噪声的干扰;然后利用传播因子方法(PM)得...     

基于子空间拟合的声矢量阵阵型校正算法及DOA估计

将声场中的声压、振速进行联合信息处理,基于信号子空间拟合原理提出了一种声矢量阵高分辨方位估计算法。该算法在估计性能上与声矢量阵MUSIC算法接近,但在运算量方面有所减少;并针对阵元位置存在误差时文中算法性能恶化的问题,基于迭代优化原理提出了一种声矢量阵阵型校正算法。该算法依赖两个方位未知的disjoint信源,结合单矢量传感器方位估计技术实现了对阵元位置误差的有效估计。仿真结果表明,随着disjoint信源信噪比的增大和快拍数的增加,声矢量阵阵型校正算法的性能明显提高。     

互质极化阵列的DOA估计算法研究

针对极化阵列计算复杂度高、互耦效应大的难点问题,提出一种基于三正交偶极子互质阵列的极化稀疏算法,用于波达方向(DOA)估计.首先充分利用三正交偶极子三个通道的所有信息,形成一个拥有更多阵元的虚拟线阵,使得原本不相干的信号变为相干信号;然后进一步使用前后向空间平滑的方法对虚拟阵列的协方差矩阵进行解相干.该算法可以扩展阵列...     

基于单辅助源的阵列幅相误差校正方法

研究了一种基于辅助信源的阵列校正算法.当阵列存在不依赖方位的幅相误差时,用本文的方法对阵列进行校正,校正后的各个阵列各个通道的增益和相位均达到一致,对修正后的阵列采用MUSIC算法得到了准确的波达方向估计值,仿真试验验证了该方法的有效性和可行性.     

单矢量水听器的MVDR波束形成性能研究

矢量水听器利用MVDR波束形成器可以对目标信号进行波达方向估计,对三维矢量水听器和二维矢量水听器的MVDR波束形成器的性能进行分析研究。结果表明：三维矢量水听器的MVDR波束形成性能较好,而当干扰信号远小于环境噪声时,二维矢量水听器MVDR波束形成对在水平方向上的目标信号有很高的分辨率。     

垂直矢量阵声图被动定位技术研究

在近场条件下,应用垂直矢量阵声图被动定位技术,能有效地抑制海洋多途影响,测定目标距离。由于垂直声压阵的自身指向性问题,无法测定目标方位,故讨论了垂直矢量阵的声图被动定位方法,利用矢量阵的指向性优势来获得声图测量的精确被动定位结果。仿真对比分析了水平阵与垂直矢量阵在多途条件的声图测量效果,此外,给出了单双目标2种情况下的垂直阵声图测量结果。研究发现:垂直阵声图测量由于物理优势比水平阵具有更好的抗多途性能,采用矢量阵可以克服声压阵的指向性缺陷测定目标方位,因而在多途海洋环境中利用垂直矢量阵进行近场目标被动定位具有可行性。     

五元十字阵被动声定位算法及其性能研究

四元十字阵的测向和测距精度受目标方位角的影响，而五元十字阵就可以克服这一缺点。文中研究了基于五元十字阵的低空目标被动声定位算法及其性能。分别就目标测向和测距的精度进行了理论分析和计算．讨论了阵列尺寸和时延估计等诸因素对五元十字阵定位性能的影响。对空中运动目标被动声定位的实际工程应用有重要的参考意义。     

基于矩阵重构的DOA阵元位置误差校正方法

针对阵元位置误差引起阵列流型出现一定的偏差和扰动,从而导致多重信号分类(MU-SIC)算法估计波达方向(DOA)性能下降的问题,本文在Toeplitz预处理算法的基础上,提出了一种基于矩阵重构的阵元误差校正算法.所提算法首先对有阵列位置误差的协方差矩阵进行预处理,恢复理想情况下协方差矩阵的Toeplitz结构,然后利用核范数优化算法构造凸优化函数,对处理后的协方差矩阵进行降噪,同时保证信号和噪声子空间的正确划分,最后利用MUSIC算法进行DOA估计.计算机仿真和实验分析表明,所提算法有效改善了存在阵元位置误差时MUSIC算法的角度分辨能力,而且减少了由快拍数不足带来的影响,提高了估计精度.     

四元数模型声矢量阵子空间旋转不变方位估计

传统的声矢量阵子空间旋转不变(ESPRIT)方位估计算法没有利用矢量水听器各输出分量之间的正交特性,对相关声源的估计精度和分辨能力较差,针对此问题,提出了一种基于四元数的二维声矢量阵EP-SIRT算法。首先将矢量水听器的声压和振速输出表示为四元数形式;然后将传统的ESPRIT算法推广至四元数数域,得到目标的方位估计结果。对算法的运算量和方位估计性能进行的仿真说明:与传统的EPSIRT算法相比,四元数域EPSIRT算法运算复杂度更低,对相干信号的估计精度和空间分辨能力更强。     

矢量阵改进常规波束形成

针对常规Bartlett波束形成无法充分发挥矢量阵抗干扰性能的问题,提出基于声压振速联合处理的矢量阵改进Bartlett波束形成方法.推导了该波束形成器的解析表达式,给出其方位谱计算方法,定义了左右舷模糊抑制增益用于分析两种方法单边指向性能.声压振速联合处理能够更好地抑制噪声使得改进方法旁瓣更低、左右舷模糊抑制性能更好...     

矢量阵两类阵处理方法研究

矢量阵扩展法阵处理实现了矢量阵与声压阵在形式上的统一,但在模型上对于振速对阵列性能影响的物理意义不够明晰。针对这一问题,分析扩展法阵列数据协方差矩阵构成,通过分块矩阵方法推导常规Bartlett波束形成方位谱表达式,实现了与矢量阵组合法阵处理的形式统一,使其具有清晰的物理含义,分析了扩展法不具有扩展孔径增益的原因,计算机仿真和湖试试验验证了理论分析结果。     

基于均匀圆阵的方位估计及互耦自校正算法

阵元互耦会使大部分高分辨DOA(Direction of Arrival,来波方向)估计算法的性能恶化。针对均匀圆阵,提出一种互耦条件下的方位估计及自校正算法。该算法先利用均匀圆阵特殊的互耦特性对信号方位信息和互耦信息实现了解耦合,再构造代价函数来估计信号的方位信息,最后根据方位信息来估计互耦信息,整个过程无需任何互耦信息和校正源就可以实现两类参数的估计。理论分析和仿真实验表明:提出的算法很好地解决了均匀圆阵的耦合问题,具有精度高、计算量小的特点。     

基于自适应Notch滤波器的矢量阵多目标分辨研究

为解决水下小平台上的多目标分辨问题,提出了一种基于自适应Notch滤波器的矢量阵波束形成方法.给出了矢量阵自适应Notch滤波器波束形成原理与波束图分析,利用自适应Notch滤波器的频率选择与矢量阵空间指向性,实现了多个目标的检测与分辨.理论分析与计算机仿真表明,该方法的多目标分辨性能优于矢量阵常规波束形成方法.     

基于垂直矢量阵的相干信号方位估计算法

为了实现相干信号源的空间方位估计,将计算到达角瞬态成像（CAATI）算法引入矢量线阵,提出了基于垂直矢量阵的CAATI算法。该方法不仅具有CAATI算法所需快拍数少、运算量小、精确度高的特点,并且兼具矢量传感器可以同步、共点测量声场中的声压和振速信息的性能,因而利用一维线阵即可实现目标的空间方位估计,实时性好,且有效降低了实际应用中的硬件要求。仿真分析了点源与非点源目标的方位估计性能,结果表明提出的方法切实可行。     

非典型声强向量阵对体积目标定向的基阵共用技术研究

舰船在近距离上应视为体积目标,提出利用非典型声强向量阵对体积目标各部位定向的基阵共用技术。体积目标中部、中后部辐射的低频声源用声强度向量法定向,尾部的高频声源用自适应有限冲击响应(FIR)高精度时延估计法定向,共用同一小尺度基阵。为验证此方案,在半消声室进行了非典型声强向量阵的定向实验,用3个扬声器模拟体积目标3个不同部位的声源。实验结果表明：对这3个部位的定向可取得满意的精度,且这3个不同部位可分。本项研究为在小尺度平台上同时实现对舰船三辐射声亮点的定向开辟了途径。     

单矢量差分幅度相移键控正交频分复用水声通信研究

为了在不牺牲通信带宽利用率的前提下,进一步提高水声通信质量,在描述高阶差分幅度相移键控调制技术和单矢量信号处理技术的基础上,基于矢量水听器和高阶差分调制技术,提出一种应用于正交频分复用（OFDM）通信体制中的高速水声通信系统。根据实际水域声速梯度真值,利用信道仿真软件建模实际水声信道,仿真研究通信系统在此信道下的通信性能。研究结果表明：对矢量水听器采集的声压和振速通道信号进行p+3v_c线性联合处理可获得增益,单矢量差分幅度相移键控OFDM通信系统比标量差分幅度相移键控OFDM系统的通信效果有明显改善,验证了该系统的可行性和优越性。