基于最小冗余线阵的二维DOA估计方法

针对传感器阵列二维DOA估计中阵元数较多且阵元利用率较低的问题,提出了一种低阵元冗余的二维DOA估计方法.该方法通过在最小冗余线阵基础上添加两个导向阵元的方法,将最小冗余线阵的应用拓展到二维DOA估计.同时该方法利用多个时延的阵元输出共轭循环相关函数构造"伪数据阵",在时空域中等效出两个具有旋转不变性的平行子阵,进而运用DOA矩阵法估计信号二维DOA.该方法不仅避免了最优时延选择问题,继承了DOA矩阵法无需谱峰搜索且无需二维角度参数配对等优点.还用较少的阵元获得了较大的阵列有效孔径.仿真结果表明,该方法与CCDM算法相比具有更好的低信噪比适应能力和稳健性.     

基于模式空间算法的声源二维DOA估计

针对传统高分辨率谱估计法估计远场声源波达方向（direction of arrival, DOA）时计算量大、对相干信号估计失准的问题,本文提出一种改进的基于圆形麦克风阵列和四阶累积量的声源二维DOA估计算法。该算法结合了圆阵定位无死角的优势和矩阵虚拟扩展获得更多声源定位信息的长处。首先利用模式空间变换将均匀圆形阵列（UCA）虚拟化成2K+1个均匀线性阵列（ULA）,并应用空间平滑技术将虚拟线性阵列划分成L个子阵;接着利用四阶累积构造方法提取有效阵元信息并去掉冗余数据,通过重构矩阵得到新的接收数据;最后通过Music-like算法搜索谱峰获得声源信号的方位角和俯仰角。仿真结果表明,在信噪比较低时,相比传统的高分辨谱估计算法,本文算法可实现对远场相干信号的高精度估计;同时本文算法也具有更低的均方根误差性能,且能有效减少运行时间。     

基于四阶累积量的二维波达方向估计改进算法

利用四阶累积量的阵列扩展特性,将一排直线阵列和一个独立阵元扩展成一个特殊的虚拟双排直线阵列,它由三个子直线阵列构成,并且可计算出每个子直线阵列等效的协方差矩阵,然后结合传播算子方法,提出一种改进的二维波达方向估计算法。计算机仿真验证了该算法具有抗噪能力强、数值稳定性好等优点。     

最小冗余MIMO雷达阵列设计

阵列天线的优化设计对降低系统成本、提高系统性能起着关键的作用。最小冗余阵因其能用较少的物理阵元形成较大的阵列孔径而备受关注,但是其阵元位置往往只能通过穷举法搜索得到,而穷举法的运算复杂度很高,因此不利于实际应用。针对这一不足,根据组合设计理论中的循环差集的基本原理,提出了一种基于循环差集的最小冗余MIMO雷达阵列设计算法。该算法利用最少的物理阵元能够得到更大的阵列孔径,并且能解析地求出发射阵元和接收阵元的位置,适用于任意大阵元数情形的阵列优化。仿真结果表明,该算法是一种有效的最小冗余MIMO雷达阵列优化算法。     

基于最小冗余线阵的谱相关波达方向估计算法

根据均匀线阵输出的共轭循环相关矩阵具有很大的冗余特性，提出了基于最小冗余线阵的谱相关共轭循环MUSIC算法。该算法利用了信号的时域和空域联合特征，并引入了伪数据矩阵，使算法的性能远优于其他方法。理论分析和计算机仿真实验均表明，与基于最小冗余线阵的共轭循环MUSIC算法相比，该算法具有良好的波这方向估计性能，扩展了阵列孔径，抗噪能力强，分辨率高，能用较少的阵元估计更多的信号源方向。     

基于近场聚焦波束形成方法的声场定位研究

海洋环境中的声场定位,是水声学研究领域中的一个经典问题,尤其是用于海区警戒来监听敌方潜艇的近场定位问题.以往的近场定位研究,通常使用线列阵模型,利用常规聚焦波束形成方法进行定位处理,不仅出现了“左右舷模糊”问题,而且对信号定位不甚理想.为此提出基于半圆阵的四阶累积量MUSIC近场聚焦波束形成算法.通过仿真比较了多种聚焦波束形成在近场线列阵和圆阵条件下的定位性能,结果表明,半圆阵成功地解决了直线阵列出现的“左右舷模糊”问题,基于四阶累积量的MUSIC近场聚焦波束形成可以达到更为平滑的背景以及较小的旁瓣级,定位性能明显优于基于MVDR算法的聚焦波束形成高分辨率被动定位方法.     

水下成像的稀疏阵列乘性处理

针对阵列传感器布阵设计中的冗余问题,提供了一种水下声学成像稀疏阵列的处理方法。采用稀疏阵列乘性处理方法可合成一个收发一体的虚拟阵列且虚拟阵元数目等于实际阵列发射阵元与接收阵元的乘积。依据相位中心近似的原理,对虚拟阵元的布阵位置进行了数学的解析表示,使用几种不同结构的稀疏阵列进行比较。实验结果得出,使用上述方法建立的稀疏阵列性能指标在三维声场、波束、导向矢量、主瓣宽度和峰值旁瓣级等方面与同等数量的收发一体Mills cross稀疏阵列一致。表明了乘性处理方法能有效解决阵元冗余问题,利用上述方法可得到一种优于Mills cross的新型稀疏阵列。     

十字形二维稀疏混合MIMO相控阵雷达收发阵列设计

针对二维混合多输入多输出(MIMO)相控阵雷达发射子阵分割带来的自由度损失进而影响雷达系统参数估计性能的问题,提出一种基于十字阵的二维稀疏混合MIMO相控阵雷达收发阵列设计方法.首先,结合稀疏阵列-共轭嵌套阵对混合MIMO相控阵雷达的收发端进行稀疏设计;其次,对混合MIMO相控阵雷达产生的合阵进行做差处理,得到阵元位置差的差异阵列;最后,通过空间平滑处理进行波达方向估计.仿真实验表明,相较于传统的二维混合MIMO相控阵雷达,所提出方法仅利用两个互相垂直的一维线阵便可形成阵列的二维平面扩展,同时,在不增加阵元个数的前提下可有效扩展雷达阵列虚拟阵元数目,提高阵列的自由度以及波达方向估计性能.     

基于十字阵的高阶累积量DOA估计算法

基于十字阵的改进高阶累积量DOA估计算法是十字阵导向矢量模型的基础上实现了的Music算法.首先将Music算法中的二阶累积量扩展到四阶累积量,然后对协方差矩阵进行分解,得到高分辨率的DOA估计.改进算法相对于等距线性阵列的Music算法具有全方位定位、阵元数少的特性.且在有色高斯噪声环境下具有很好的谱估计性能.改进算法还对初始采样信号进行了DFT预处理,以克服高阶累积量计算量大的缺点.仿真实验表明,算法计算量少且分辨率高.     

运用迭代FFT算法优化矩形平面稀疏阵列

介绍了一种基于迭代FFT算法的优化方法来实现矩形稀疏阵列的峰值旁瓣电平最优化的设计,给出了该方法的详细优化步骤.如果矩形平面阵列的阵元等间距分布,则阵列因子与阵元激励之间存在二维傅里叶变换关系,对随机初始化的阵元激励作迭代FFT循环,在一定的旁瓣约束条件下,便可以得到最优的阵元分布.仿真结果证明了该方法的快速性、有效性...     

三阶累积量的语音激活检测方法

在电子与通信系统中,传输信道的噪声都可以看作是加性的高斯随机过程,而高斯随机过程的三阶累积量为零,通信系统中传输的语音信号一般是非高斯信号,基于这个原理提出一种语音激活检测算法。在通信系统的接收端,对于被噪声污染了的语音信号,通过计算接收信号的三阶累积量,得到语音信号的累积量,从而可以区分语音和噪声,达到检测出语音信号的目的。仿真结果表明,在通信系统低信噪比的环境下能有效地检测出语音信号。     

Nonuniform linear array DOA estimation using EM criterion

In this letter, we address the problem of Direction of Arrival (DOA) estimation with nonuniform linear array in the context of sparse Bayesian learning (SBL) framework. The nonuniform array output is deemed as an incomplete-data observation, and a hypothetical uniform linear array output is treated as an unavailable complete-data observation. Then the Expectation-Maximization (EM) criterion is directly utilized to iteratively maximize the expected value of the complete-data log likelihood under the posterior distribution of the latent variable. The novelties of the proposed method lie in its capability of interpolating the actual received data to a virtual uniform linear array, therefore extending the achievable array aperture. Simulation results manifests the superiority of the proposed method over off-the-shelf algorithms, specially on circumstances such as low SNR, insufficient snapshots, and spatially adjacent sources.     

利用麦克风阵列的管道主动噪声控制方法

空调通风管道在运行时, 内部出现的低频噪声很难通过包裹消音材料等被动式降噪方法消除. 而在部署主动噪声控制时, 会出现声反馈现象, 影响降噪性能甚至造成控制系统的响应发散. 针对这种声反馈现象, 本文在分析其产生原因的基础上, 将麦克风阵列作为前馈, 对Duvall-Frost结构的线性约束最小方差波束成形算法加入预调向,提出了利用麦克风阵列的管道主动噪声控制方法, 实现单方向拾取来自管道上游的噪声信号, 避免声反馈带来的影响. 并利用滤波器x最小均方误差(FxLMS) 算法作为自适应控制算法, 针对4种典型低频噪声, 在真实管道环境下进行主动降噪实验. 实验结果表明, 相比不使用麦克风阵列的情况, 本文提出的主动噪声控制方法能达到明显的降噪性能, 且在稳定性方面取得较好结果.     

Underwater sources location in non-Gaussian impulsive noise environments

The class of alpha-stable distributions is better for modeling impulsive noise than Gaussian distribution in array signal processing. After briefly introducing the statistical characteristics of stable distribution and the fractional lower order statistics, including the covariation and the fractional order correlation, this paper proposes a new FOC-ESPRIT method of 2-D direction finding based on the fractional order correlation and subspace technique for underwater 2-D source localization using a vector hydrophones array under alpha-stable noise conditions. A vector hydrophone comprises two or three spatially co-located, orthogonally oriented identical velocity hydrophones (each of which measures one Cartesian component of the underwater acoustical particle velocity vector-field) plus an optional pressure hydrophone. Simulation experiments show that the proposed method is robust in a wide range of characteristic exponent values of stable distribution. Its performances are better than those of the conventional second-order statistics based ESPRIT algorithm, furthermore, the fractional order correlation is more suitable than the covariation in practical applications.     

空间非平稳噪声环境下非均匀线阵的DOA估计

针对在空间非平稳噪声环境下传统的MUSIC算法会失效的问题,提出了一种新的波达方向（DOA）估计方法。该方法利用转换矩阵法,通过对阵列数据相关矩阵进行预处理,从而克服噪声对方位估计的影响,并且该算法适用于非均匀线阵,而非均匀线阵在阵元数目一定的情况下,通过合理设置阵元间距。其方位分辨率较之均匀线阵有较大的提高。计算机仿真结果表明,在非平稳噪声环境下利用该算法非均匀线阵的分辨能力要明显高于均匀线阵。     

一种基于压缩感知的水下目标被动测距方法

基于目标空间域的稀疏性和聚焦波束形成的机理,提出了一种基于压缩感知的水下目标被动测距方法.首先,按照先方向后距离的方法对整个搜索空间进行网格划分;其次,根据球面波传播的均匀线列阵声纳接收数据模型,针对空间每个搜索方向按均匀距离间隔构造了每个方向上完备的阵列流形,并将其作为对应方向上压缩感知的感知矩阵,结合压缩感知理论数学模型,构建了对应方向上水下目标信号估计的凸优化模型;再次,采用基追踪算法对凸优化模型进行求解,计算出每个搜索方向、距离上目标信号的能量;最后,通过搜索整个空间的信号能量峰值,实现了水下目标被动测向与测距.仿真分析表明,该方法在距离估计上具有较高的聚焦性,可有效解决传统聚焦波束形成技术距离分辨率低的问题,能够实现对水下多个互不相干窄带目标信号的被动测向和测距.     

Adaptive processing for beamforming with coherent interference using uniform circular arrays

The paper deals with the problem of adaptive array beamforming using a uniform circular array (UCA) in the presence of coherent interference. The well-known scheme of spatial smoothing (SS) widely used to tackle the coherent problem in the cases of 1-D uniform linear array (ULA) and uniform rectangular array (URA) cannot work for the UCA case. This is mainly due to the fact that the direction vector of each signal received by a UCA does not possess a Vandermonde structure. In this paper, we present a method based on subarray beamforming in conjunction with an averaging scheme to effectively mitigate the effect due to coherent interference in the UCA case. Theoretical analysis regarding the validity of the proposed method is also presented. Several simulation examples are provided for showing the effectiveness of the proposed method.