协方差矩阵的相关法Toeplitz改进算法

提出一种基于均匀线形阵列的相关Toeplitz矩阵构造方法,建立了两种Toeplitz矩阵的构造方式,结合子空间法形成一种相干信源方位估计的高分辨方法。具体将接收阵列各阵元与参考阵元输出信号做相关,获得一组相关向量,应用相关Toeplitz矩阵构造算法构造阵列输出的Toeplitz矩阵,从而得到去相干的相应接收阵列的协方差矩阵,最后再应用高分辨子空间估计方法完成相干信源方位估计。仿真结果表明：所采用的相关Toeplitz矩阵构造算法达到了很好的去相干效果,并将Toeplitz近似化方法改进成为无偏估计方法,显著提高了相干信源方位估计的精度,并使Toeplitz矩阵构造的计算量减少到原方法的1/M。     

基于L型稀疏阵列的二维波达方向估计

针对传统的二维波达方向估计方法估计的信源数少、计算复杂度大的问题,提出了一种基于L型稀疏阵列的二维波达方向估计方法,利用安放在L型阵列上的互偶阵列来形成虚拟阵列,从而增加阵列自由度;通过将虚拟阵列分成若干个等间隔稀疏子阵列来压缩角度搜索区间,从而降低计算复杂度;通过MUSIC搜索得到谱峰,并利用最大似然准则筛选和匹配入射信号的俯仰角和方位角。该方法使可估计的信源数超过实际的物理阵元数,不仅提高估计精度且大大降低了计算复杂度。MATLAB仿真结果验证了该方法的有效性。     

岸基水听器阵列阵形估计方法研究

阐述了基于时延估计的阵形估计方法的基本原理,该方法比基于传感器测量和基于匹配场处理的方法具有更强的适应性和较高的精度.对比分析了单辅助信源和双辅助信源的相应的阵形估计方法,其中单信源方法用装配间距近似各个阵元间的实际间距.对已有海试数据阵形估计处理的结果表明,阵列弯曲不大时,单源方法可以得到与双源方法相当精度的估计结果,用估计阵形进行空间谱分析,进一步说明了结果的有效性.基于时延估计的阵形估计方法对长水听器阵列的应用及阵形估计具有较大应用价值.     

基于时延估计的海底线阵阵形估计方法研究

阵形估计是水听器阵列应用中的关键问题,基于时延估计的阵形估计方法比基于传感器测量和基于匹配场处理的方法具有更强的适应性和较高的精度。针对浅海水听器阵列中水平长线阵存在的纵向相关振荡现象引起的不能简单以某一阵元为基准求相对时延的问题,充分利用了阵元信号的高相关性,提出了基于子阵时延的阵形估计方法,针对子阵间时延估计误差向阵端累积的问题,该方法以时延估计的克拉美罗界为依据提出了合理的子阵方式,在一定程度上减小了误差传递。对已有海试数据阵形估计处理的结果表明,相对于单源固定间距方法和未分子阵的双源时延估计方法,基于子阵时延的阵形估计方法满足阵元间距的约束,有较好的空间谱特性,减小了阵形估计误差,对长水听器阵列的应用及阵形估计具有较大应用价值。     

双平行线阵的水下二维DOA估计算法

利用集群自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicles,AUV）进行的水下协同作业的需求越来越多。对于水下集群作业来说,AUV的水下定位非常重要。目前,AUV通常采用声学定位的工作模式,利用长、短基线阵对水下目标的二维波达方向（Direction of Arrival,DOA）进行估计,但在小型AUV上,基阵的阵列尺寸等受载体体积和换能器尺寸的共同限制,多信源条件下DOA估计的精度不高。设计低功耗平台,采用双平行线阵及传播算子算法来对多源目标进行二维DOA估计,结合通信与声学定位一体化方法,利用高频通信信号作为定位信号源,实现多信源环境中估计角度自动配对,在阵列尺寸受限的小型AUV上布放时,有较好的DOA估计效果。仿真结果验证了该方法的有效性。     

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。     

基于辅助阵元校正法的柔性阵列阵元位置校正

本文介绍了两种用于校正大型柔性声纳阵列的阵元位置的方法。在阵列进行海底铺设后,阵元位置的不确定,会大大降低声纳搜索方位的性能。辅助阵元校正方法考虑使用阵上较短距离间隔的阵元作为辅助阵元来对信号到达角和阵元相对相位同时进行估计。并从至少两组不同方位声源点测得的数据,获得阵元的相对坐标位置,得到阵形。为了保证校正的有效性,我们比较了这两种辅助阵元校正方法,通过大量的仿真试验比较它们对辅助阵元误差扰动的敏感度,并选择了宽容性较好的MUSIC辅助阵元方法进行了实际的海上试验。     

孔径扩展的一种改进算法

针对扩展拖曳阵尺寸算法进行阵列扩展中存在的重叠阵元位置约束问题,提出了一种基于扩展拖曳阵尺寸算法的改进阵列扩展算法。该算法通过在测量间隔内增加快拍获取时域信息,再将重叠相关器提供的孔径域相位信息平均化处理,获得相位修正因子补偿拖线阵连续测量的相位差,实现孔径扩展。该方法能够在未知源的先验信息和连续测量中阵元的空间位置不重叠情况下实现孔径扩展。仿真和实验结果表明,该方法能有效扩展阵列孔径,准确估计信号到达角。针对较低信噪比信号,该方法能够获得比扩展拖曳阵尺寸算法更好的相位估计和方位分辨性能。     

基于共轭虚拟阵列的稳健波束形成方法

针对提高阵列天线波束性能问题,本文提出了基于共轭虚拟阵列的信号导向矢量扩展方法.利用共轭虚拟阵元扩展阵列,增大了阵列孔径却不改变实际阵元数,降低了副瓣电平并且不会增加天线制造成本.在虚拟阵列的基础上对信号导向矢量进行扩展,使阵列波束形成效果更加稳健.本文通过在有无干扰以及存在幅度和相位误差情况下对11个阵元阵列天线进行...     

单矢量水听器二维DOA估计算法

为了减小传统声压阵的布阵规模,提高传统声压阵的测量精度,利用矢量水听器的阵列流形特性,使用阵列信号处理的原理进行二维DOA估计。将单个矢量水听器理解成一个声压水听器和三个振速水听器组成的阵列,在无需知道信号先验知识的条件下,分别采用MUSIC算法和ESPRIT算法对多个不相关的单频窄带信号的二维DOA进行了估计。仿真结果表明:在高信噪比情况下,两种算法的精度都很高,优于5阵元的声压平行线阵。利用单矢量水听器能够对信号的二维到达角进行有效估计,远小于传统声压阵的布阵规模。     

分布式传声器阵列的低频宽带信号方位估计

现有的预防道路交通安全事故、治理道路交通噪声污染等问题的解决方案是从视觉维度监控重点区域并通过声音维度确定事件触发类型与位置。为了实现公路异常声源的实时监测,提出了一种基于双尺度旋转不变信号参数估计旋转不变子空间技术(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, ESPRIT)的低频宽带声源波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计算法,该算法适用于三个矩形子阵呈三角形分布的分布式阵列。算法利用该分布式阵列具有的子阵内相邻阵元间距、相邻子阵间距两种尺度对应的空间平移不变性分别进行方向余弦估计,并利用基于阵型分布的解模糊策略实现高精度方位估计。仿真结果验证了算法的有效性,表明了基于该算法的分布式阵列DOA估计精度优于相同阵元数与阵元间距的单个均匀矩形阵,分析了估计精度与分布基线长度的关系,体现了算法的实际工程应用价值。     

一种基于压电晶片阵列的板结构损伤识别方法

提出一种通过单个压电晶片对板结构进行激励,使用十字形压电晶片阵列接收响应信号,然后基于相控阵原理对信号进行处理,从而对板结构损伤进行识别的方法。首先用谱元法分析了在单点激励下铝板结构有损伤和无损伤时Lamb波的传播情况,得到压电晶片阵列中各阵元所在位置的响应信号。根据压电晶片阵列布置形式及各阵元之间的相互位置,对各阵元接收到的时域信号进行处理,从而对结构的损伤进行识别。通过对板结构中含有一个和两个损伤的情况进行了研究,验证了该方法的有效性。     

基于声传感器阵列的连续泄漏定位方法研究

针对压力容器(如在轨航天器)发生泄漏时的漏孔定位问题进行研究,提出了一种基于声传感器阵列的定位方法。当已发生泄漏时,该方法通过声传感器阵列获取器壁中传播的超声波信号,并分析阵列中各个传感器采集数据间的时空相关性,实现了对泄漏源的快速准确定位。分析了泄漏所激发的超声波信号在薄板中的传播特性,证明了采集信号相关性随采集点间距离的增大而减小,从而指导传感器阵列的设计与制作,同时通过设计相应的实验讨论了不同阵元间距条件下的定位精度。实验结果表明定位误差受阵列中阵元数目及阵元间间距影响,当阵元数目为8,阵元间距为8 mm情况下,本算法在1 m~2的平板上,定位绝对误差平均值小于10 mm。     

基于模型稀疏表示的单快拍波达方向鲁棒估计

基于传感器阵列输出模型的稀疏重构,研究了利用单快拍数据进行波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计的问题。考虑到在实际应用中,目标信号个数远小于传感器阵元数,目标信号DOA相对于空间来说也是稀疏的,将传统的传感器阵列输出模型进行稀疏化表示,得到阵列输出数据的稀疏表示模型,研究了一种基于l₁-范数最小化的单快拍DOA估计算法（L1-Min）。该算法将稀疏参数求解问题转化为二阶锥规划（Second-Order Cone Programming,SOCP）问题的一般形式,并在二阶锥规划的框架下求解,同时分析了算法中正则化参数的选取依据。L1-Min算法对小样本、相干多径信号、目标信号角度间隔小等非理想条件都具有较好的鲁棒性。仿真实验验证了算法的有效性。     

压缩对称嵌套阵列和稀疏信号重构的近场目标方位估计

针对现有近场源估计算法中近场源数量受限于阵元数的问题,提出了一种基于稀疏对称嵌套阵列和稀疏信号重构的近场欠定波达方向估计方法。首先利用四阶累积量,将二维空间参数估计问题转化为一维参数估计问题,同时得到差分阵列;为了进一步提高估计分辨率与减少估计误差,对虚拟阵列的接收信号在空间域进行稀疏表示;最后通过L1范数最小二乘法得到目标源的波达方向。相较于现有算法,该方法可以估计更多的目标源,并且有更低的均方误差与更高的分辨率。实验仿真验证了算法的有效性与优越性。     

声波测井信号定向接收处理方法及校验

采用定向接收处理方法对一个接收阵列的不同阵元接收到的信号进行延时相加,调节阵列接收器中每个阵元所接收的声波信号的延迟时间使它们同相位叠加,可以有利于接收某一个特定方向的声波。对铝质模型井进行了声波测井的物理模拟,观察到了明显的滑行纵波和来自模型井外边界的反射纵波信号。采用定向接收处理方法对实验测量波形进行处理,明显加强了滑行纵波和反射纵波信号。     

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。     

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。     

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.