高分辨方位估计方法的稳健性研究

基于特征分解理论的子空间类高分辨方位估计方法是目前阵列信号处理领域的研究重点。与波束形成法相比，子空间类法的特点为估计精度高和分辨能力强。但是这类高分辨方法对阵列模型失配十分敏感，存在阵列误差时其估计性能明显下降。文章通过仿真和实验深入研究了MUSIC、Johnson和Mini-Norm等子空间类高分辨方位估计方法的稳健性问题，分析了一定信噪比条件下阵列误差对上述三种方法估计结果的影响程度。研究结果表明，MUSIC法和Johnson法的估计性能相当，而Mini—Norm法的稳健性明显高于MUSIC法和Johnson法，分辨能力和估计精度较好，具有良好的工程应用前景。     

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。     

智能天线系统中阵元间互耦的影响及盲校正方法

针对天线阵单元间互耦会导致智能天线性能下降这一问题,提出了一种盲校正方法.该方法基于均匀圆阵(UCA)互耦矩阵的特殊结构形式,利用子空间原理和拉格朗日乘子法,不需要任何辅助信号源就能同时完成阵列误差的校正和波达方向(DOA)的估计.在进行计算机仿真时,还提出了以空间响应相关系数(SRCC)为准则来详细地分析互耦对阵列性能的影响,并通过一些典型的例子证明了所提出的盲校正方法的可行性.     

ESPRIT扩展孔径技术在矢量水听器线阵中的应用

ESPRIT算法是一种用信号旋转不变性来估计信号参数的方法,属于子空间分解技术。应用于矢量阵扩展孔径的方位估计时,则需要一定的算法去除其本征模糊。文中提出了一种适用于矢量水听器线阵的ESPRIT去模糊算法——MUSIC,并与另一种粗略估计去模糊的方法在性能上作出比较。仿真的结果证明:使用MUSIC方法不仅可以去除ESPRIT算法中的本征模糊,还可以克服线阵中的左右舷模糊问题,就不必进行归一化、不需要考虑声压传感器的存在。不论是单目标方位估计还是双目标分辨都具有更大的方位角估计适用范围和更强的稳定性。     

MVDR自适应波束形成的一种智能算法

最小方差无失真响应（MVDR）自适应波束形成方法在声纳阵列信号处理中得到了广泛的应用。当存在强干扰时,传统的MVDR算法的稳定性较差,在有限次快拍数条件下,会带来一定的信噪比损失。将粒子群优化算法（PSO）引入MVDR的求解过程,提出了一种MVDR的数值实现方法。该方法在保持信号能量不变、干扰和噪声能量最小的约束条件下,利用粒子群优化算法通过数值搜索的方法获得MVDR的最优权向量。在小快拍数条件下,较一般的MVDR具有更好的抑制干扰能力。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

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。     

BOTDR中散射谱中心频率的ESPRIT估计算法研究

在光纤布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统中,对光纤中各处的布里渊散射谱中心频率的估计是测量的关键,也是最为费时的环节,导致BOTDR系统难以做到快速响应。本文研究了ESPRIT算法用来估计BOTDR系统中的布里渊散射谱中心频率,并与基于快速傅里叶变换(FFT)的频率估计算法进行了比较分析。结果表明,ESPRIT算法具有与补零FFT算法配合上洛伦兹频谱拟合所得结果相近的性能。由于ESPRIT算法对数据长度的要求较低,能够在短数据长度上获得较好的频率估计性能,因此能够在保证较高空间分辨率和测量性能的情况下,提高测量速度。     

基于协方差扩展PM算法的波达方向估计

针对基于传播算子方法(Propagator Method, PM)的水听器阵波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计在低信噪比或者小快拍数时性能变差的问题,文章提出一种改进的基于PM算法的水听器阵方位估计方法。该方法利用信号子空间的旋转不变性特征对协方差矩阵进行扩展和重构,通过分块协方差矩阵的子矩阵得到传播算子矩阵。通过传播算子矩阵构造扩展噪声子空间,然后利用信号子空间与噪声子空间的正交性估计空间谱。仿真实验和湖上实验的结果表明：相较于传统PM方位估计算法,文中算法在低信噪比或者小快拍情况下具有较好的方位估计性能,在信噪比为0 dB时,文中方法比传统PM算法均方根误差减少0.6°;在快拍数为150时,比传统PM算法的均方根误差减少0.1°。     

一种新型的OFDM智能天线

根据自适应天线阵列理论，结合给定的参考波束的误差，引入虚拟干扰的概念，对目标波束图形状进行调整，提出一种新的可以应用于任意类型天线阵列的波束综舍算法．应用提出的新算法，在主辩和旁瓣位置都可以对波束进行有效的调节．最终获得阵列的最优权矢量，能够最小化目标波束图与参考波束图间的差异．理论分析与仿真结果表明，与现有的同类算法相比，该算法能更有效地获得与参考波束基本相符的波束．应用于OFDM智能天线系统时，对不同子载波频率上信号进行单独处理，利用该算法进行波束综合，能够在整个有效频段，使所有子载波上获得基本一致的阵列输出．     

长线阵联合阵形估计系统研究

针对长线阵易发生阵形畸变问题,提出一种基于非声传感器和水动力模型求解的联合阵形估计系统。该系统在充分利用非声传感器信息的基础上,进一步根据拖线阵水动力模型,求解实时阵形,实现阵形估计。仿真实验及数据分析表明,与传统的阵形估计算法相比,该系统的估计精度提高10%以上,对工程实践具有较高的指导意义。     

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。     

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。     

矢量线阵MUSIC算法抗空间混叠性能研究

利用矢量线阵可以提高对目标参数估计的性能,探讨了矢量线阵MUSIC算法的抗左右舷模糊性能和抗空间混叠性能。理论研究和外场试验结果表明,矢量线阵消除了声压线阵MUSIC方位谱的左右舷模糊,在阵元个数保持不变的条件下,空间降采样时,矢量线阵MUSIC空间谱不仅提高了方位估计的精度,而且能够抗空间混叠,在相同的条件下．矢量线阵MUSIC空间谱的抗空间混叠性能明显优于矢量阵常规波束形成方法。     

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。     

广义互相关时延估计声定位算法研究

针对地面目标声定位因信噪比较低而定位精度差的现象,提出了基于广义互相关法的声定位系统,根据平面四元法目标定位计算式,研究了广义互相关算法在实际中的应用。环境噪声、军事目标声和民用目标声频谱范围大多集中,即出现目标声会与背景噪声高度重合的情况,发现一般加窗滤波法在降低噪声的同时亦会将目标声强度大大削弱,而广义互相关时延估计法是通过计算两路信号互相关函数的最大值而求得时延差,其精度高、稳定性好。通过计算机仿真得到在信噪比较低的情况下,加窗滤波因大大削弱目标声强度而造成定位精度较低,而利用广义互相关方法可得到较为精确的声定位坐标。     

基于车床主轴加工中的圆度误差研究

将数理统计理论和曲线拟合技术的基本方法应用于车床主轴圆度误差的研究，在推断出误差总体规律的基础上，通过图表对轴径与误差之间的函数关系进行分析，并且拟合出经验方程，从中寻找出圆度误差的内在规律以及影响主轴加工的主要因素。     

Application of classification trees in the sensitivity analysis of probabilistic model results

The complexity of some integrated-system models necessitates using a probabilistic approach to quantify uncertainty in model projections. In this work, we demonstrate how classification trees can be used to perform sensitivity analyses on probabilistic results. The classification tree technique is applied to results from the probabilistic total system performance assessment model used in the Yucca Mountain project. The technique proves effective in delineating the variables that most influence low and high outcomes.     

干涉型光纤传感器的分集消偏振衰落技术的信号处理

对干涉型光纤传感器的分集检测消偏振衰落技术进行了理论分析，提出了将各路信号平方后相加的信号处理方式，使之能实现单元及阵列的实时消偏振衰落信号检测。通过理论计算，可以使干涉信号幅度波动小于4.7dB，并得出三路检偏是分集检测的最简取的结论，通过信号处理电路，能够在信噪比略有降低的情况下消除偏振衰落的影响，实现进一步光纤传感器的消偏振衰落，并设计了用于阵列的分集检测的实现方式。     

排列互比法用于超精测角的研究

作者分析了我互比法现行的两种数据处理方法的缺点，提出了应用最小二乘法原理推导出合理的数据处理方法。本文还首次从理论上阐明了排列互比法测量结果中出现一次谐波系统误差的原因，提出了减少和消除这一些系统误差的方法，并给实验验证。     

基于遗传算法的单脉冲阵列天线优化

采用遗传算法来优化单脉冲阵列天线的和、差方向图和方向性系数。在天线阵综合时，若不考虑差方向图和方向性系数的影响，所进行的方向图优化仅仅显示出和方向图的特性，对单脉冲阵列天线追踪目标的精度和作用距离没有保证。而在天线阵综合时兼顾和，差方向图以及方向性参数的优化，既可使得天线能发现目标，并使天线能准确对目标实施准确角跟踪，提高雷达的跟踪和作战性能。