全相位频谱校正技术在水声通信中的应用研究

多普勒效应是影响水下移动通信性能的主要因素,准确估计多普勒频移对提高通信系统可靠性具有重要意义。在进行离散频谱分析时,时域非整周期截断会造成频域能量的泄漏,导致频谱估计精度降低。全相位频谱分析具有良好的抑制频谱泄漏特性及相位不变性。仿真验证了全相位频谱校正技术相对于传统频谱校正技术在估计性能上的优势,并在此基础上探讨了全相位频谱校正技术在水声通信中的应用。采用全相位频谱校正技术进行多普勒频移估计,进而进行多普勒补偿以降低通信系统误码率。仿真结果表明,全相位频谱校正技术能够实现高精度多普勒频移估计,从而提高水下移动通信系统的可靠性。     

一种低截获水声遥控信号的设计方法及性能分析

提出了一种基于时频扩展技术的低截获水声遥控信号设计方法,分别采用多载波技术和直序扩频技术实现水声遥控信号的扩时调制和频谱扩展。分析了信号的时宽带宽对低截获性能的影响,采用Wigner-Ville分布对时频扩展前后信号的能量分布进行了对比研究,利用可检测距离的概念定量分析了信号时频扩展前后的低截获性能。理论分析和仿真结果表明,该时频扩展信号具有低的瞬时功率及谱密度,处理增益大,可检测距离小,能够高可靠地实现信息的隐蔽传输。     

水下声传感器阵列虚拟扩展技术研究

针对水下小孔径作战平台信号处理问题,给出了声呐阵列虚拟扩展技术的性能评估方法.建立了水下声传感器阵列虚拟扩展后的数学模型,推导了阵列实阵元总数、虚拟的新阵元数和虚拟一个阵元使用的实阵元数之间的数学关系式.给出了虚拟扩展后的阵列信噪比增益数学表达式,并分析了其与实阵元总数、虚拟的新阵元数和信号入射角度之间的关系.通过对虚拟扩展后阵列波束图的分析,论证了阵列波束宽度的变化及多目标分辨能力的改变.最终通过对扩展后阵列信噪比增益及多目标分辨能力的理论分析和计算机仿真,论证了虚拟扩展技术对阵处理增益、波束宽度等阵列主要性能指标的影响,并对该技术在实际工程应用中的适用条件进行了分析.     

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。     

声矢量阵快速子空间方位估计算法

针对声矢量阵高分辨方位估计算法运算量大的问题,基于声压振速联合信息处理,提出了一种快速的声矢量阵高分辨方位估计算法．该算法选择参考阵元的电子旋转矢量作为期望信号,运用多级维纳滤波器(MSWF)对信号子空间进行快速估计,不需要计算声矢量阵的互协方差矩阵,不用进行特征值分解,从而大大缩减了计算量．另外,该算法基于矢量传感器声压与振速的相干性原理,充分利用了声压振速组合抗干扰能力,有效抑制了各向同性噪声．理论分析和计算机仿真表明,该算法在拥有良好DOA估计性能的同时,大大减小计算量．     

声矢量阵阵元姿态误差自校正算法研究

在实际情况下,声矢量阵存在阵元姿态误差。为充分认知阵元姿态误差,分析阵元姿态误差对声矢量阵波束图的影响。针对有源校正算法受限于实际的工作环境,提出了一种声矢量阵阵元姿态误差自校正算法。该算法通过非线性迭代使目标函数最小化,从而实现阵元姿态误差参数和信源波达方向（DOA）的联合估计。大量计算机仿真结果表明,该自校正算法具有良好的参数估计及快速收敛性能。     

基于凸优化的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成

 提出了基于凸优化的适用于任意结构基阵的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成方法.首先将基阵波束响应表达成一组有限脉冲响应(FIR)滤波器权值的线性函数,然后采用基于恒定束宽限制条件的最小旁瓣优化准则设计FIR滤波器权值.同时对滤波器系数进行范数约束以及对干扰方向设置展宽零陷来提高波束形成器的鲁棒性.将期望波束响应的设计过程与实际波束响应的逼近过程融合在一起进行优化搜索,获得了全局最优解.该波束形成器设计问题被转化成凸优化问题求解,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

声矢量阵相干源方位估计算法

基于声矢量阵的质点速度场平滑（ParticleVelocityFieldSmoothing,PVFS）算法是一种有效的解相干算法,但是当存在大量相干源时,该算法性能急剧下降甚至失效。在PVFS算法的基础上,提出了矩阵平方平滑（MatrixSquareSmoothing,MSS）-PVFS算法,该算法是对PVFS算法的改进,通过对PVFS算法构造的数据协方差矩阵进行平方、矩阵分块以及矩阵块间交叉相乘等数学运算,增强了PVFS算法解相干的能力,并大大增加了其分辨相干源的数目。计算机仿真结果表明,MSS—PVFS算法的效果与空间平滑（SpatialSmoothing,SS）-PVFS算法大致相同,但在低信噪比条件下,该方法具有更高的DOA估计精度。     

基于FPGA的新型浮点FFT处理器设计

针对现有FFT算法结构复杂、难以并行扩展的问题,提出了一种改进的FFT算法,在此基础上设计了一种基于浮点运算的FFT处理器,并进行了仿真验证。结果表明,新算法大大简化了系统结构,减少了系统的硬件开销,非常容易并行实现,且显著提高了运算效率,完成一次N点的FFT运算只需要N/2个时钟,完全满足实时信号处理的要求。     

单矢量传感器MUSIC算法的DOA估计及性能评价

针对单矢量传感器MUSIC算法在实际工程应用中存在性能恶化的问题,通过理论分析和数值仿真研究了幅相特性因素对其方位估计性能产生的影响,推导了幅相特性不一致条件下算法的空间谱估计表达式,同时给出了一种基于单矢量传感器通道功率盲归一化思想的改进算法.研究的结果表明:通道的幅相特性不一致将导致空间谱的谱峰变宽,并使空间谱估计的结果产生偏差甚至"伪峰";而改进的算法在保证方位估计精度的同时改善了目标的方位分辨能力,消除了传统算法空间谱中可能存在的"伪峰".湖试数据的处理结果进一步验证了改进算法的有效性.