声矢量阵自适应抵消稳健波束形成算法

常规自适应波束形成算法在期望信号导向矢量存在误差时,性能严重下降。为了改善被动声呐的探测能力,结合声矢量自适应抵消技术,提出了一种新的稳健自适应波束形成算法。通过组合声压和振速分量在波束方向上形成零点,并以之作为自适应抵消的参考输入,去除接收数据中的期望信号成分;然后对协方差矩阵进行特征分解,平滑噪声子空间的特征值;最后利用重构的协方差矩阵求解自适应波束形成的权向量。理论分析和仿真结果表明,新算法重构出的协方差矩阵仅包含干扰和噪声,显著改善了声矢量阵自适应波束形成的稳健性,在期望信号存在大的阵列流形误差和高信噪比情况下,都能给出令人满意的输出信干噪比。     

声矢量阵快速子空间方位估计算法

针对声矢量阵高分辨方位估计算法运算量大的问题,基于声压振速联合信息处理,提出了一种快速的声矢量阵高分辨方位估计算法．该算法选择参考阵元的电子旋转矢量作为期望信号,运用多级维纳滤波器(MSWF)对信号子空间进行快速估计,不需要计算声矢量阵的互协方差矩阵,不用进行特征值分解,从而大大缩减了计算量．另外,该算法基于矢量传感器声压与振速的相干性原理,充分利用了声压振速组合抗干扰能力,有效抑制了各向同性噪声．理论分析和计算机仿真表明,该算法在拥有良好DOA估计性能的同时,大大减小计算量．     

声矢量传感器线阵的左右舷分辨

声矢量传感器由声压传感器和惯性传感器复合而成,可同时测量声场一点处的声压标量和质点振速矢量的各正交分量,为解决传统声压水听器线阵固有的左右舷模糊难题提供了新的方法和手段.利用声矢量传感器线阵指向性函数研究了3种常规波束形成器的左右舷抑制比,然后简要分析了MVDR波束形成器的左右舷抑制比.理论分析和海试结果均表明:1)左右舷抑制比除了都不可避免地与信噪比有关之外,相比于具有一定左右舷分辨能力的声压水听器多线阵和三元组声压水听器线阵,声矢量传感器线阵的左右舷分辨性能主要取决于与频率无关的矢量传感器阵元指向性;2)声矢量传感器线阵MVDR波束形成器的左右舷分辨性能大大优于常规波束形成器.     

声矢量阵列脉冲环境下的多伯努利机动源DOA跟踪

针对声矢量阵列脉冲环境下的多机动源波达方向的跟踪问题,提出了一种分数低阶矩的交互式多模型多伯努利滤波算法.该算法将交互多模型引入多伯努利滤波器多机动源预测过程中,并利用α稳定分布对脉冲噪声进行建模,通过分数低阶矩得到空间谱的MUSIC伪似然函数,并通过粒子滤波实现.仿真实验结果表明,该算法能够有效实现脉冲噪声下多机动目...     

空气中任意阵列声被动定向模型的误差分析

针对空气中基于时延的任意阵列被动定向问题，提出了一种基于最小二乘法的统一模型，并对影响该模型定向精度的几种因素进行了深入的分析。由于可以用于任意结构阵形，该统一模型能够方便地分析阵元位置误差引起的定向误差，能够避免实际系统由于更换阵形而带来的较大的软件变化；并且，当实际阵列与设计模型存在较大误差时，可以方便地改变模型参数使其与实际的阵列匹配。对影响定向误差的各种因素的分析和计算机仿真，为确定和提高被动声定向的精度提供了有价值的参考。     

声矢量阵导向最小方差波束形成算法研究

为了克服声压阵导向最小方差波束形成算法方位估计的左右模糊问题,提出了声矢量阵导向最小方差波束形成算法,指出了矢量阵导向矩阵与声压阵导向矩阵之间的关系.通过声压阵导向矩阵与单位矩阵的Kronecker积得到矢量阵的导向矩阵,从而使不同频率的矢量阵互谱密度矩阵聚焦.计算机仿真和海试实验证明与声压阵导向最小方差波束形成相比,矢量阵导向最小方差波束形成具有更好的方位分辨力且无左右模糊,并可以空间欠采样而不出现栅瓣.针对带宽内信噪比随频率变化的情况,用各频率的信噪比对导向协方差矩阵进行加权,改进了空间谱估计性能.     

无需信源数目的声矢量阵相干源方位估计算法

针对相干源方位估计问题,本文在PVFS（Particle Velocity Field Smoothing）算法的基础上,提出一种新的算法。该算法通过对PVFS算法构造出的协方差矩阵进行特征值分解,利用得到的特征值及特征向量构造新的噪声子空间,然后运用子空间原理实现相干源的方位估计。该算法无需已知相干源的信源数目且不会损失阵列孔径,具有较好的相干源方位估计性能,计算机仿真结果验证了本文算法的有效性。     

声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法

和阵元域处理相比，波束域处理具有计算量小，分辨信噪比门限低的优点．同时，声矢量传感器拾取了更多的声场信息，联合处理这些信息可以提高声呐的性能．把声压阵的波束域高分辨算法的思想和相干子空间方法(CSM)的思想引入到声矢量阵列信号处理，在Michael Zoltowsk提出的矢量阵的数学模型的基础上推导出了声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，并作了计算机仿真研究，仿真的结果表明：基于矢量阵的波束域宽带聚焦MUSIC、算法无论是在分辨信噪比门限还是在角度分辨能力上都要优于声压阵波束域宽带聚焦MUSIC算法，而二者的计算量相当，和矢量阵阵元域宽带聚焦MUSIC算法相比，矢量阵波束域处理的计算量要远远小于阵元域处理。     

加权伪随机矢量易测试的可编程逻辑阵列

提出了一种实用的随机矢量易测试方案,用循环移位寄位器对乘积线进行划分,同时修改原有的输入译码器来减少乘积线和输出线的扇入数。通过对20个不同规模的可编程逻辑阵列实验,结果表明以很低的附加硬件电路获得了很高的故障被测度和较短的测试输入序列。     

一种新的声矢量阵远程ESPRIT方位估计算法

为解决水下目标远程高分辨定向问题,文章提出了一种新的声矢量阵ESPRIT方位估计算法.与现有的将声矢量传感器(AVS)的振速信息作为独立阵元来处理的声矢量阵方位估计算法不同,新算法完全基于声压与振速联合信息处理,充分利用了声矢量阵(AVSA)中声压与振速的相干性原理,能更好地将ESPRIT算法的高分辨能力与AVSA的抗噪能力有机地结合起来,实现远程、高分辨方位估计.理论分析和基于湖试背景噪声的仿真实验证明了新算法的有效性.     

矢量传感器阵列高分辨率方位估计技术研究

矢量传感器能同时共点拾取声场中的声压和三路相互正交的振速信息,获得额外的信息量,它的出现引起了国内外的关注.为了改善波束域高分辨率方法的性能,获得矢量传感器阵列对多目标的足够精度的分辨能力,在研究矢量传感器阵列目标估计基础上,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,降低了输入信噪比门限,增大了阵列输出增益,减小了计算量.仿真验证了该算法的优越性.     

遗传算法应用于矢量传感器目标定向跟踪

矢量传感器能够同步测量空间一点处的声压和质点振速信息,由此可估计出目标的方位信息.论述了各向同性噪声场情况下,矢量传感器接收到的声压能量与振速能量的关系.针对互谱声强法定向原理,将遗传算法引入到矢量传感器的目标定向跟踪中.根据声压与振速之间的关系、信号的稳定性构建了遗传算法的适应度,并且对基本遗传算法进行了改进,采用没有重串的稳态繁殖寻求全局最优解.计算机仿真分析结果表明该算法可以有效地进行目标方位跟踪,进一步提高目标定向精度.     

矢量水听器的源定向理论及其定向误差分析

论述利用矢量水听器进行源定向的3种理论和方法：质点振速法、平均声强法和互谱声强法，从互谱声强法出发分析了影响矢量水听器定向精度的因素，并对上述影响进行了计算机仿真和定量分析．计算机仿真和分析结果表明矢量水听器定向精度主要与源信号的信噪比和入射角度以及测量系统各通道幅相频不一致性有关．计算机仿真和定量分析结果对矢量水听器的工程应用具有重要指导意义．     

应用FRFT的矢量水听器阵方位估计

采用FRFT方法研究矢量水听器阵的宽带信号多目标方位估计问题.进行了与FRFT的二维矢量水听器线阵方位估计算法相结合的理论推导与仿真实验.研究证明,采用二维矢量水听器阵可以实现全空间无模糊定向,该方法在处理多源信号时可以避免交叉项的干扰,对于宽带信号的处理,不需要进行频率搜索或频率聚焦变换就可以进行方位估计.该方法在信噪比不低于-10 dB时都具有较好的估计精度.     

单矢量传感器MUSIC算法的DOA估计及性能评价

针对单矢量传感器MUSIC算法在实际工程应用中存在性能恶化的问题,通过理论分析和数值仿真研究了幅相特性因素对其方位估计性能产生的影响,推导了幅相特性不一致条件下算法的空间谱估计表达式,同时给出了一种基于单矢量传感器通道功率盲归一化思想的改进算法.研究的结果表明:通道的幅相特性不一致将导致空间谱的谱峰变宽,并使空间谱估计的结果产生偏差甚至"伪峰";而改进的算法在保证方位估计精度的同时改善了目标的方位分辨能力,消除了传统算法空间谱中可能存在的"伪峰".湖试数据的处理结果进一步验证了改进算法的有效性.     

四元数在均匀圆形矢量传感器阵列信号参数估计中的应用

四元数的四维超复数结构是一种正交结构,各矢量传感器分量保持其固有的正交性,从而提高了矢量传感器阵列的抗干扰能力以及分辨力。在均匀圆形矢量阵列信号的参量估计中引入四元数理论,建立基于四元素的电磁矢量传感器阵列信号接收模型。充分利用四元数的多维正交特性,结合四元数矩阵理论及已有算法对电磁矢量传感器阵列信号的波达方向和极化信息进行联合估计,仿真实验验证了方法的有效性。并与传统的基于长矢量的MUSIC算法(V-MUSIC算法)进行比较,结果表明,基于四元素的信号接收模型可显著提高信号参数的估计精度。     

表面误差对侧馈偏置卡塞格伦天线辐射场的影响

以侧馈偏置卡塞格伦双反射面天线为对象,通过数值计算方法分析了该天线的平均功率方向图,研究了反射面随机表面误差对天线辐射特性的影响．分析过程中首先将反射面上某点的随机误差量定义为该点在标准反射面法线方向上的偏移量,并认为反射面上每一个小区域内的偏移量相同,然后在随机表面误差带来的口径相位误差服从均值为零的正态分布的条件下,推导了天线平均功率方向图的计算公式,并利用该公式模拟计算了相关的数据和曲线．文中结果可为反射面制造精度的确定提供参考．     

Sensor array calibration for uniform rectangular array in presence of mutual coupling and sensor gain-and-phase errors

The sensor array calibration methods tailored to uniform rectangular array （URA） in the presence of mutual coupling and sensor gain-and-phase errors were addressed. First, the mutual coupling model of the URA was studied, and then a set of steering vectors corresponding to distinct locations were numerically computed with the help of several time-disjoint auxiliary sources with known directions. Then, the optimization modeling with respect to the array error matrix （defined by the product of mutual coupling matrix and sensor gain-and-phase errors matrix） was constructed. Two preferable algorithms （called algorithm I and algorithm II） were developed to minimize the cost function. In algorithm I, the array error matrix was regarded as a whole parameter to be estimated, and the exact solution was available. Compared to some existing algorithms with the similar computation framework, algorithm I can make full use of the potentially linear characteristics of URA＇s error matrix, thus, the calibration precision was obviously enhanced. In algorithm II, the array error matrix was decomposed into two matrix parameters to be optimized. Compared to algorithm I, it can further decrease the number of unknowns and, thereby, yield better estimation accuracy. However, algorithm II was incapable of producing the closed-form solution and the iteration operation was unavoidable. Simulation results validate the excellent performances of the two novel algorithms compared to some existing calibration algorithms.     

声学CT储粮温度监测收发器阵列设计

针对声波收发器阵列设计的合理性直接影响声学CT系统的测量实时性及温度场重建精度等问题,提出了声学CT储粮温度监测收发器阵列设计方法.该方法对围绕圆筒形仓布置的声波收发器数量、布局和有效声波路径选择等参数进行了计算机仿真设计.三种典型的三维模型温度场重建结果表明,有效声波传播路径选择、收发器布置的层数、每层布置收发器的个数都会对模型温度场重建质量产生较大影响.通过对声波收发器阵列的仿真设计,可优化收发器阵列各参数,提高声学CT系统的性能和温度场重建精度.     

负荷特性对PV曲线的影响及追踪PV曲线的直接迭代算法

分析负荷特性对复杂系统等值PV曲线的影响,认为负荷特性及电源出力增长规律影响PV曲线;并分析追踪PV曲线的计及负荷特性广义潮流直接迭代算法.仿真分析结果表明该算法无需增加附加方程,能方便地分析负荷特性对电压稳定的影响,计算效率高.