基于Filterlab的一种高指标带通滤波器的设计

为了提取激光外差玻璃测厚系统中的微弱信号,介绍了激光外差玻璃厚度测量系统原理及待检测信号特征,采用一种简洁、实用的滤波软件,设计出一种高指标带通滤波器,从滤波器频谱图看待检测的激光外差信号频谱完全在通频带内,噪声衰减带达到80 dB,其完全符合系统要求。     

一种波束谱特征加权的水下弱目标检测方法

实际水下被动信号处理中,感兴趣的弱目标往往只在所处理频段的某些频率分量上表现出相对明显的谱特征,现有基于能量累加的后置处理方式存在谱能量小于噪声的目标被平滑的问题,最终导致目标无法被有效检测.针对该问题,本文提出一种新的自适应波束形成后置处理方法,通过Eckan最优滤波器从波束信号谱中提取感兴趣的频谱,从而求取波束谱加...     

基于EEMD的共振解调技术在列车轴承故障诊断中的应用

针对轮对轴承故障信息不易提取的特性,提出了基于EEMD的共振解调方法。首先,采用EEMD方法将原始信号分解为17个IMF分量,计算每个分量的峭度值,选取峭度值大于3的IMF分量相加,合成新的信号;然后,对新的合成信号进行谱峭度分析,得到冲击成分所在的频带,并据此设计带通滤波器对合成信号进行滤波处理;最后,对滤波后的信号进行Hilbert变换和频谱分析,提取冲击成分的频率,并与理论故障频率对比,进行故障诊断。分别对外圈故障、滚动体故障、保持架故障的轴承进行振动试验,并利用此方法对试验结果进行分析,结果表明,该方法能够有效地识别列车轮对轴承的故障信息。     

噪声环境中的双声道音频回波抵消模型构建

为提升远端说话人员的分辨率，保证真实空间化听觉感受效果，构建一种噪声环境中的双声道音频回波抵消模型。该模型以子带自适应滤波器组为核心分解音频信号，使其形成若干个子频带信号；在子带域内计算噪声干扰阈值，依据阈值的计算结果并结合人耳听觉特性，叠加独立分布白噪声，实现各个子带的回波抵消。在此基础上，引入步长补偿因子和反馈控制理念改进最小均方算法，优化滤波器组参数，提升双声道音频回波抵消效果。测试结果表明：所设计模型可有效处理音频信号中的噪声信号，抵消后的音频信号信噪比均在3.5 dB以上，音频信号的振幅误差均在0.2 V以下，能够提升远端人员说话的分辨率，保证音频质量。     

一种基于高阶累计量的相干干扰抑制方法研究

常规的自适应数字波束形成方法仅限于利用信号的二阶统计特性，当其工作在相干干扰环境中时，由于接收信号协方差矩阵的信号子空间的一些向量收敛到噪声空间中，此时二阶统计量方法无法准确提取干扰方位信息，从而导致该波束形成器很难取得较好的抗干扰性能．因为高阶累计量能包含更多的统计信息，运用高阶累计量方法来提取干扰信号方位信息，然后根据最小均方误差准则来形成波束图，试验表明基于高阶累计量的自适应波束形成方法能够较为有效地抑制相干干扰源，并且该方法减少了对阵列流型的依赖，具有较好的容差性。     

时域宽带自适应波束形成器设计

针对现有含反馈支路的时域宽带自适应波束形成器运算量大、干扰抑制能力受限的问题,基于广义旁瓣相消结构,引入一条固定系数的全极点反馈支路,设计一种新的时域宽带自适应波束形成器,减少了前向支路所需抽头延迟线个数即自适应权个数,从而降低了运算量,加快了收敛速度。全极点反馈支路以逼近包含干扰频带的带通滤波器为目标进行离线最优化设计,在保证稳定性的同时,增强了波束形成器的干扰抑制能力。仿真结果表明：与现存含反馈支路的时域宽带自适应波束形成器相比,采用相同的自适应算法,设计的波束形成器收敛更快、干扰抑制能力更强;实现相同的 SINR 改善时,新的波束形成器所需运算量远小于现存波束形成器。     

基于Lab VIEW的激光多普勒测速仪跟踪滤波器设计

提出根据前一时刻的多普勒频率来调整带通滤波器上下限截止频率的方法,基于Lab VIEW平台设计了激光多普勒测速仪的跟踪滤波器,对多普勒信号进行跟踪滤波,以适应多普勒信号在很宽的频率范围内动态变化的特点。利用固定通频带的滤波器和跟踪滤波器分别对理想正弦信号和实测的多普勒信号进行研究,仿真及实验结果表明：当信号的频率远离普通滤波器的通带时,普通滤波器通带内的噪声严重影响多普勒信号频谱位置的判别,从而导致得出错误的结论,而跟踪滤波器在滤除基底信号及系统部分噪声的基础上,实时跟踪多普勒信号的频率,信噪比明显提高,所得结果与多普勒频率的真实值相一致。     

宽带波束形成技术的研究

在很多情况下,要求基阵能够不失真地接收宽带信号,因此要求波束形成器的波束图具有与频率无关的特性。深入研究了利用自适应方法设计具有特定频率响应的FIR滤波器用于进行时域宽带波束形成的应用,给出了仿真结果,验证了算法的有效性。采用FPGA或DSP实现带通滤波器是一项成熟的技术,所以通过设计特定频率响应的FIR滤波器来实现宽带波束形成技术在工程上是可实现的。     

一种基于高阶累计量的相干干扰抑制方法研究

常规的自适应数字波束形成方法仅限于利用信号的二阶统计特性,当其工作在相干干扰环境中时,由于接收信号协方差矩阵的信号子空间的一些向量收敛到噪声空间中,此时二阶统计量方法无法准确提取干扰方位信息,从而导致该波束形成器很难取得较好的抗干扰性能。因为高阶累计量能包含更多的统计信息,运用高阶累计量方法来提取干扰信号方位信息,然后根据最小均方误差准则来形成波束图,试验表明基于高阶累计量的自适应波束形成方法能够较为有效地抑制相干干扰源,并且该方法减少了对阵列流型的依赖,具有较好的容差性。     

行车噪声环境下基于人耳频率选择特性的声学特征提取方法

本文提出了一种基于加权Mel滤波器组的声学特征提取方法。该方法通过提取音频信号中的共振峰信息,使用动态自适应方法对中高频部分的Mel滤波器组进行加权,从而模仿人耳覆膜的频率选择映射。相比较于传统的MFCC特征,更适用于行车噪声环境下的快速声学事件检测任务;弥补了传统的Mel滤波器组高频部分分辨率低,从而导致对噪声鲁棒性较差的问题。实验结果表明:在信噪比较低的行车环境中,该特征有助于提高声学事件的检出率。     

基于聚焦信号子空间估计导向矢量的干扰声源抑制方法

针对最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortionless Response,MVDR）波束形成器对导向矢量失配较敏感的问题,本文提出了一种有效的干扰声源抑制方法 .该方法首先将语音信号的频带划分为多个子带,通过聚焦信号子空间方法估计各子带的声源到达方向（Direction of Arrival,DOA）,并采用统计直方图估计各声源的初始DOA;其次,为了减小导向矢量失配,利用声源的空间稀疏性,通过Capon功率构建目标声源导向矢量估计的代价函数,约束目标声源导向矢量远离干扰声源空间;最后,根据估计的导向矢量,估计干扰声源加噪声协方差矩阵,以获得MVDR波束形成器的权重.基于TIMIT语料库的实验结果证明,提出的干扰声源抑制方法的输出信干噪比（SINR）及语音质量感知评价（PESQ）优于参考方法,具有更佳的抗导向矢量失配性能.     

面向二元麦克风小阵列改进的广义旁瓣抵消器语音增强算法

二元麦克风小阵列在手机、助听器等受空间、成本以及运算能力限制的设备中被广泛研究用以提高目标语音质量。二元麦克风小阵列中语音增强算法主要包括波束形成方法以及相干性滤波器方法。波束形成方法的思想是利用目标声源相对阵列的位置关系获取相应的时域和空域信息,可以保留目标声源方向的信号而抑制其他方向的干扰信号;相干性滤波器方法则通过阵元间不同信号的相关性进行噪音抑制。考虑这两种类型方法的优点,本文提出一种面向二元麦克风小阵列改进的广义旁瓣抵消器语音增强算法,通过在广义旁瓣抵消器的固定波束形成支路上使用相干性滤波器,提高固定波束形成输出信号的信噪比,然后在广义旁瓣抵消器自适应支路利用阵列的时域和空域信息对固定波束形成支路输出的信号中残余噪音进行估计,进而获得增强后目标输出信号。仿真和实际试验表明,本文提出的算法明显优于单独使用小阵列波束形成算法和相干性滤波器算法。      

基于特征空间逼近的传声器阵列语音信号增强

对现有的基于自动波束形成的传声器阵列语音信号增强算法提出了改进,将各传声器采集到的信号利用ABF(自适应波束形成)进行延时补偿并求和,消除信号中弱相干和不相干噪声;再利用特征空间逼近的方法进一步去除残留的噪声。将一种定阶方法应用到基于特征空间分解的语音信号增强中,利用其“最大稳定”原理,使得有效信号模型的阶数尽可能不受原始信号信噪比的影响,消除了传统定阶过程中的随意性和不稳定性。仿真结果表明:把自适应波束形成技术和特征空间逼近的方法结合起来,能够取得良好的去噪效果。     

基于改进EMD-Kurtogram法的滚动轴承早期故障诊断研究

实现滚动轴承早期故障准确诊断的关键是得到故障部位有效振动信息,但实际工程中所采集到的轴承振动信号常含有噪声、干扰成分,给有效信息的选择带来了困难。带通滤波是解决该问题的有效方法之一,但不合理的滤波器参数会降低诊断结果的准确性。为此,提出一种基于改进EMD-Kurtogram法的滚动轴承早期故障诊断方法。该方法首先对EMD方法处理后的采样信号进行重构,再根据快速谱峭度图得到带通滤波器所需要的最优参数,最后经过带通滤波及时频域分析得到故障频率。通过实验平台验证及相关算法的对比得出,所提方法得到的故障倍频信息更加充分、清晰,所含噪声干扰更少,证明了该方法的有效性和先进性。     

基于波束域相位稳定性的目标检测方法研究

低信噪比下,为解决常规波束形成等权值累加空间谱各方位谱值,导致目标方位谱值被非目标方位谱值淹没,不能实现对水下辐射噪声信号未知的目标检测问题,本文提出了一种基于波束域相位稳定性的目标检测方法.依据水下目标辐射噪声含有稳定线谱及空间谱各方位对应波束域相位稳定性差异,该方法利用波束域相位方差对各方位谱值进行加权统计,实现了对水下目标方位角的有效估计.数值仿真和实验结果表明：相比常规波束形成,该方法可以进一步增强目标方位能量,抑制非目标方位噪声干扰,改善目标检测信噪比增益.     

多径环境中多用户波束形成与DOA估计

该文讨论了多径环境中多用户的波束形成与DOA估计问题,采用了解相关检测器来估计用户空间特征,提出了循环空间平滑算法(CSS)基于空间平滑的保持阵列权值维数不变的多用户波束形成算法,其理论依据是采样信号协方差矩阵的逆矩阵循环传递等效于对其求均值;利用了估计出的用户空间特征构造协方差矩阵进行空间平滑的高分辨DOA估计.仿真结果说明了循环空间平滑算法应用于多用户波束形成具有更优的抗干扰性能。     

圆锥扫描体制雷达跟踪旋转目标的方法研究

针对圆锥扫描体制雷达对目标精密跟踪及测角时由于导弹目标自旋而引起的跟踪失控问题，提出了一种采用窄带FIR滤波器滤除自旋调制信号，提取锥扫信号的解决方法。FIR滤波器具有线性相位，但需要采用高阶滤波才能达到很好的带通特性。该方法经过计算机仿真产生高阶FIR滤波器系数，经过了仿真验证，并在导弹目标跟踪应用中取得了很好的效果。     

一种空-频联合最优滤波的被动宽带检测方法

常规宽带能量检测在多目标、强干扰环境下输出信噪比(SNR)降低,检测性能大幅度下降。针对此问题,该文提出一种将子阵导向最小方差(STMV)宽带空域自适应波束形成与频域Eckart滤波结合的空-频联合最优滤波宽带检测方法。该方法首先通过子阵导向最小方差波束形成进行空间自适应处理,利用自适应波束形成的干扰抑制能力在空域实现最优滤波;然后通过最大似然估计实时估计信号和噪声的功率谱,构造Eckart滤波对自适应波束形成的输出分配不同权重进行加权滤波,从而实现频域信噪比最大化。所提方法通过空-频联合最优滤波,降低空域旁瓣干扰和频带内噪声的影响,使得输出信噪比最大,从而有效地改善目标宽带检测能力,提高被动声呐的宽带检测性能。仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性。     

一种空-频联合最优滤波的被动宽带检测方法

常规宽带能量检测在多目标、强干扰环境下输出信噪比(SNR)降低,检测性能大幅度下降.针对此问题,该文提出一种将子阵导向最小方差(STMV)宽带空域自适应波束形成与频域Eckart滤波结合的空-频联合最优滤波宽带检测方法.该方法首先通过子阵导向最小方差波束形成进行空间自适应处理,利用自适应波束形成的干扰抑制能力在空域实现最优滤波;然后通过最大似然估计实时估计信号和噪声的功率谱,构造Eckart滤波对自适应波束形成的输出分配不同权重进行加权滤波,从而实现频域信噪比最大化.所提方法通过空-频联合最优滤波,降低空域旁瓣干扰和频带内噪声的影响,使得输出信噪比最大,从而有效地改善目标宽带检测能力,提高被动声呐的宽带检测性能.仿真和试验数据处理结果验证了该方法的有效性.     

一种基于互相关神经网络的声呐盲波束形成方法研究

针对水声环境和水声信号的特点，提出了一种基于神经网络的声呐盲波束形成算法。该方法利用水声信号的循环平稳特性把波束形成权向量的求解问题转化为阵列接收信号互相关函数的奇异值分解问题；引入一种互相关神经网络求解阵列接收信号相关函数的奇异值，从而减小了运算的代价，可高效实现盲波束形成。提出的改进互耦Hebbian学习规则有效地提高了神经网络权值的更新速度，为问题的实时求解提供了有效的途径。该方法还能抑制噪声和干扰的影响，表现出较强的顽健性。仿真实验验证了算法的正确性。