抑制运动强干扰的稳健波束域目标方位估计方法

为了减小来自旁瓣区快速运动的强干扰对波束域高分辨方位估计方法的影响,提出一种稳健的波束域高分辨方位估计方法。该方法在形成多波束时,将稳健自适应波束形成与零陷扩宽技术相结合,有效地抑制了运动强干扰所造成的快拍失效和扫描方向误差引起的自适应波束图畸变,从而保证波束域方法能准确地估计目标方位。仿真结果验证了该方法的有效性。     

矢量传感器线列阵波束域MUSIC方位估计

在研究矢量传感器阵列目标估计基础上,本文首次在矢量传感器阵列处理领域将矢量阵波束形成与波束域目标估计算法结合起来,实现了高精度目标方位估计,与常规阵元域和波束域方法相比,提高了多目标估计性能,增大了阵列输出增益,大大减小了计算量.仿真验证了本算法的优越性.     

超波束(HBF)用于波束锐化

介绍了一种波束锐化技术,即超波束形成技术（Hyper Beamforming,HBF）,可以在减小波束宽度的同时抑制旁瓣,提高目标检测性能及方位估计能力。该方法结合常规空间加权可以进一步降低旁瓣,从而可以利用较小规模的基阵尺寸,实现大基阵的检测性能。文中给出了恒定束宽HBF实现所需系数,并将该方法应用于CW及FM信号处理,给出了预期的仿真结果。     

矢量水听器阵列虚拟阵元波束形成

在信号频率一定的情况下,常规波束形成方法需要通过增大基阵孔径来提高目标方位的估计精度,但这会受到实际工程应用的限制。在研究矢量水听器波束形成的基础上,提出了基于Taylor级数展开的虚拟阵元波束形成方法。该方法针对有限尺度双十字阵型的矢量水听器基阵,根据已知阵元接收的数据,运用Taylor级数展开方法估计虚拟阵元上的接收数据,使基阵孔径在虚拟意义上得以扩大。从而改善了阵列的波束性能,窄化主瓣和抑制旁瓣,实现了空间分辨率的提高。仿真和试验数据结果证明了该方法的有效性。     

基于空间平滑的多波束测深声呐相干分布源方位估计

在多波束测深声呐的工作环境中,若海底反向散射信号不满足点源假设,方位估计精度将严重下降,而基于分布源模型的方位估计算法可以适应这种环境。目前,大多数分布源算法要求分布源之间不相干,有人提出采用Toeplitz方法估计相干分布源,但该方法精度不高并且忽略了角度扩展参数。为解决多波束测深声呐相干分布源的方位估计问题,提出了基于空间平滑的广义MUSIC方法,公式推导证明了算法的有效性,通过计算机仿真给出算法方位估计的精度以及不同信噪比条件下的性能,最后采用多波束测深系统的实验数据对算法进行了验证。     

基于最小一乘的虚拟阵元波束形成仿真研究

水下多波束成像系统成像质量的关键主要在于波束形成的质量。在信号频率一定时,常规相移波束形成只有通过增加基阵的孔径来得到更窄的波束,但是在有限的应用条件下,这种方法又受到实际工程的限制。因此,提出一种基于最小一乘估计的虚拟阵元波束形成方法。在低信噪比的情况下,利用最小一乘估计的稳健性可以得到更加准确的估计信号,从而在不增加基阵尺寸的情况下获得更窄和抗干扰性更强的波束,提高阵增益和声呐图像的角度分辨率。通过Matlab仿真并与其他方法比较验证,证明了上述方法的优越性。     

盲源分离用于DOA估计研究

方位估计是水下目标定位、跟踪的前提。提出了一种复数域奇异值分解盲源分离方法,估计出了阵列流形,并利用阵列流形表现出的相位关系完成了目标方位估计。通过仿真实验与MUSIC高分辨方位估计方法和相关文献的方法进行了对比,结果表明该方法能很好地实现目标方位的实时估计,且性能更佳。     

可利用波束输出信息的高分辨方位估计算法

本文介绍一类可以利用波束输出信息实现高分辨方位估计的算法,这类算法由于所利用的波束输出比阵元个数少得多,计算量得以降低,计算机仿真结果表明,对常见声纳接收阵波束输出信息进行高分辨方位估计不仅是可行的,而且还可获得比常规阵元域高分辨算法更低的分辨信噪比门限。     

基于线性预测的虚拟阵元波束形成

常规波束形成方法在信号频率一定的情况下,为提高其分辨率,需要增大基阵孔径,这在实际工程运用中受到了一定的限制。文中提出了基于线性预测技术的虚拟阵元波束形成方法。该方法在有限尺度基阵的情况下,运用线性预测技术,根据已知阵元的接收数据,估计虚拟阵元上的接收数据,使基阵孔径在虚拟的意义上得到了扩大,从而实现了高指向性窄波束,提高了基阵的指向性指数。仿真实验表明了方法的有效性。     

Robust统计在主动声纳分裂波束目标方位走向估计中的应用

主动声纳通常采用分裂波束双通道互谱法进行目标方位估计，但信号处理过程中目标回波脉冲长度往往和信号处理帧周期长度不匹配，或者在整个信号处理帧周期的信噪比不一致，造成瞬时方位估计目标走向算法具有较大的误差，不利于目标参量估计与分类。采用Robust统计对瞬时方位估计数据进行处理，能够有效降低目标方位走向估计的误差。本文通过对Huber估计进行了分析并提出了改进Huber估计，给出了其工程实现算法，实验验证该Robust统计在降低目标方位走向估计误差上具有稳健收敛的性能。     

圆阵双基地声纳直达波抑制技术研究

以圆阵为双基地声纳接收阵列流形,提出了一种新的基于多重信号分类(MUSIC)技术的波束形成及零点抑制算法。在理论分析了第一类零点约束条件的基础上,提出了第二类零点(高阶零点)约束条件。给出两类零点约束条件干扰抑制能力的比较。仿真结果表明,该算法可有效接收目标回波信号且屏蔽直达波强干扰。讨论干扰达波方向(DOA)与阵元数对算法直达波抑制能力的影响,以及多源干扰条件下算法的干扰抑制能力。     

一种波束域主模式抑制算法

针对阵元域主模式抑制（Dominant Mode Rejection，DMR）算法在阵元数增加时运算量急剧增大和阵元间隔失配时其稳健性降低这两个问题，提出了一种波束域DMR（Beam-space Dominant Mode Rejection，BDMR）算法。该算法把DMR算法从阵元域空间转换到波束域空间，实现降维运算，在保留原算法性能的同时，具有更快的运算速度和更好的稳健性。通过仿真试验，验证了该算法的有效性。     

基于可控波束响应的球形传声器阵列定位方法研究

球形传声器阵列因其完全对称的结构,可在三维空间内实现有效的声源定位。文章重点关注基于球谐函数展开的可控波束响应算法,推导了算法的实现流程,并通过仿真验证了可控波束响应算法的性能。建立了包含8个传声器单元的实验系统,其中球形结构在8个单元的条件下可以视为立方结构,通过低阶球谐展开实验验证了可控波束算法的性能。在视听室的实验结果充分验证了定位算法的有效性,定位误差小于10°。     

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。     

基于波束计算的水下声学探测设备声兼容传播过程分析

对于搭载多种声学探测设备的水下平台,不同设备的信号可能会产生相互干扰。因此,根据探测设备的波束特性,针对水下平台对海底的探测情形,来分析探测设备声兼容传播过程的特性。结合射线声学和海底散射模型,建立了声兼容分析中声传播的计算方法,并且分析了传播过程中各种因素对声兼容设计的影响。结果表明,在算例的波束条件下,声速剖面对声兼容性的影响较小,而特定类型的海底底质的影响较大。此外,水下平台距海底越高,或者波束偏转越大,声学设备间的相互干扰就越大。为了尽可能减小干扰信号的影响,应尽量避免干扰信号的发射波束和接收波束交叠,此外还给出了波束覆盖角阈值和干扰信号衰减的关系。     

低信噪比下重构协方差矩阵的高分辨MUSIC算法

在满足对称分布的海洋噪声场中,为提高低信噪比条件下目标方位估计性能,提出一种重构信号协方差矩阵的MUSIC算法。利用数据协方差矩阵虚部与对称噪声无关的性质,根据协方差矩阵虚部和虚部MUSIC算法的预估角重构出信号协方差矩阵,在此基础上实现MUSIC算法。仿真结果表明,所提算法相比常规MUSIC算法能有效降低对称噪声的影响,提高方位估计性能,并避免双边谱的出现,有更高的分辨率和更低的分辨门限。还研究了协方差矩阵的Toeplitz修正处理对于MUSIC类算法的改善作用。仿真表明,Toeplitz修正处理能显著提高MUSIC类算法的分辨性能。     

SPACE–TIME SPECTRAL ELEMENT METHOD FOR OPTIMAL SLEWING OF A FLEXIBLE BEAM

A new computational approach to modelling and control of a flexible beam is proposed. The structural modelling and the control design problems are formulated in a unified mathematical framework that allows simultaneous structural and control design iterations that result in an optimal overall system performance. The method employs the space–time spectral elements for simultaneous space and time discretizations of a Timoshenko beam model. Dimensionless equations of motion are derived using Hamilton's principle of variable action and an integral formulation in the framework of space–time spectral elements is introduced. An optimal control problem formulated for the continuum model is transformed by the space–time spectral element formulation into an optimization problem in a finite-dimensional parameter space. Dynamic programming is then used to obtain both open and closed loop control laws. A simulation study shows good performance of the control law applied to the nominal model. It is also demonstrated that proper discretization yields performance robustness of the system with respect to modal truncation.     

A fast method for direction-of-arrival estimation

In many eigenvalue-eigenvector-based direction-of-arrival estimation algorithms, one finds orthogonal basis vectors for the noise subspace. We propose a circulant basis for the noise space which can be calculated more efficiently than an orthogonal basis. The new method for high signal-to-noise ratio (SNR) has a performance similar to the well-known MUSIC algorithm but can be implemented much more efficiently.     

MUSIC与MNM在均匀圆阵的方位估计性能比较

圆阵作为具有360o全向方位角搜索能力的阵型,可以同时对信源方位角和俯仰角进行分辨,因此,采用圆形基阵的系统有更广的空间搜索能力。多重信号分类法（MUSIC）和最小模算法（MNM）同属于子空间分解类算法,具有不受阵型限制的优点。就二者在均匀圆阵（UCA）方位估计性能上进行了比较研究,结果表明：随着信噪比或阵元数的增加,MUSIC性能均要优于MNM。     

基于过估计信源数的宽带弱信号源DOA估计

为改善MUSIC类DOA估计算法检测弱信源的性能,提出了一种利用过估计源个数和频域峰值统计信息检测宽带弱信号源的MUSIC类DOA估计算法(OSM)。该算法放宽了MUSIC类DOA估计算法过于依赖信源个数质量的限制,OSM把过估计的信源个数输入给MUSIC,提高了正确检测弱信源的概率,同时也增加了虚警概率,但虚假峰值随窄带的变化呈无规则分布。由PPNN和MNT把这一频率域信息引入到信源检测,抑制了虚假峰,提高了OSM的检测性能。其最小可检测信噪比较传统的MUSIC类DOA估计算法降低了6dB。当带宽较窄时,若信号平稳性较好,适当增加一次快拍的采样长度,可提高窄带数目,亦增加了OSM的稳定性。海上实验数据处理得到了和理论分析一致的结果,该数据处理结果也初步验证了OSM算法的良好检测性能。