基于协方差矩阵Toeplitz重构的MUSIC算法的波达方位估计方法

针对传统波达方向（Direction of Arrival, DOA）估计方法通过空间平滑对相干信号进行处理损失阵列孔径的问题，文章提出了一种基于协方差矩阵托普利兹（Toeplitz）矩阵重构的多重信号分类（Multiple Signal Classification, MUSIC）算法的波达方位估计方法。该方法首先根据阵列接收数据的协方差矩阵及其翻转矩阵来构造新协方差矩阵，并利用新协方差矩阵构造Toeplitz矩阵，然后对其进行特征值分解，得到Toeplitz矩阵的噪声子空间，利用噪声子空间求出信号空间谱，通过谱峰搜索估计入射信号的方位角。文中方法拓展了阵列孔径，增加了可估计相干信号的数量，提升了方位估计的性能，提高了阵列的空间分辨率。仿真和湖上实验数据处理结果表明，文中方法可估计出更多的相干信号，而且在低信噪比、少快拍以及信号入射角度间隔较小时仍然具有良好的方位估计性能。     

基于近场声阵列的旋转机械噪声源识别

为了有效控制旋转机械噪声,利用信号处理技术对整机或部件进行噪声源识别是十分必要的,噪声源准确识别可以为故障诊断和结构优化提供依据。首先论述建立均匀线性近场声阵列模型以获得空间声场数据的方法。其次,在传统波束形成结果基础上,利用反卷积法从中提取所需声场信息以实现对声源面可视化重构。接着,在所搭建转子噪声试验台上,利用近场声阵列提取各种工况下噪声信号,并识别出轴承以及盘轴连接处为转子主要噪声源,验证了基于声源成像反卷积法均匀线性近场声阵列在旋转机械噪声源识别方面的可行性。     

直线阵识别水下运动目标噪声源方法研究

基于运动声源的时间方位特性,提出了采用均匀线列阵识别水下运动目标线谱噪声源的方法。利用时空二维MUSIC(Multiple Signal Classification)法对多个入射声源进行高分辨方位估计,获得运动声源的时间方位曲线,经野值点剔除和中值滤波平滑处理后,根据声源运动轨迹的先验信息,通过最小二乘法精确估计出噪声源通过线阵的正横时刻,最后结合参考声源确定噪声源在运动目标上的位置。考虑实际噪声测量情况,对时空MUSIC法做了近场修正,同时采用解相干处理使本文方法可适用于同频声源。数值仿真结果验证了方法的有效性。     

基于声阵列技术的汽车噪声源识别及贡献量分析

将统计最优声阵列技术运用于汽车噪声源(内部和外部)识别中,采用改进的远场声全息技术以弥补传统远场声全息识别精度低的缺点;研究了基于近场声全息技术的声贡献量分析方法,从而为低噪声优化设计提供方向;运用统计最优波束形成算法进行中高频声源识别,并将DAMAS方法用于后处理以提高识别精度,通过上述方法以探索一种新的声源识别及控制技术。最后将以上方法运用于某型轿车的声源识别和声贡献量分析中。     

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。     

振速轴向不一致下矢量传感器阵列方位估计方法EI北大核心CSCD

针对振速轴向不一致时矢量传感器阵列的方位估计精度不高问题,提出了一种两步加权交替迭代自适应方法(two-step weighted alternating iterative approach,TWAIA)。在矢量传感器阵列稀疏信号模型中引入轴向角度偏差参数,并把重构的干扰加噪声协方差矩阵作为加权项,基于加权协方差矩阵拟合和加权最小二乘分别构建了关于稀疏信号功率和轴向偏差矩阵的代价函数。首先固定轴向偏差矩阵,采用正则化加权稀疏协方差矩阵拟合方法估计稀疏信号功率;然后固定稀疏信号功率,采用正则化加权最小二乘估计轴向偏差矩阵,并根据轴向偏差在矩阵中的分布特性,重构期望的轴向偏差矩阵,以此交替的方式迭代更新稀疏信号功率和轴向偏差矩阵,直到被估计的稀疏信号功率相较于前一次的迭代值不再变化为止。最终通过对估计的稀疏信号功率谱峰搜索即可实现声源的波达方向估计。仿真结果表明,相较于现有方位估计方法,提出的TWAIA提高了振速轴向不一致时矢量传感器阵列的方位估计精度。     

调制声源的统计最优近场声全息技术研究

常规近场声全息技术分析调制声源产生的声场得到的结果无法正确识别和分析声源的调制成分。本文展开了调制声源的统计最优近场声全息分析,具体方法为先通过Hilbert变换解调调制声场的声压信号,提取出调制成分,然后再对调制成分进行统计最优近场声全息分析重建调制声源。通过扬声器实验和空压机调制声源识别实验证明了该方法在工程应用上的有效性。     

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。     

基于移动麦克风阵列的稳态声源识别

基于波束形成的麦克风阵列声源识别技术存在识别低频声源分辨率低、识别高频声源易产生空间混叠的问题,影响了声源识别的准确性。对于稳态声源,本文提出两种麦克风阵列移动方法,即改变麦克风阵列中心位置、调整测量距离来提高低频声源识别分辨率,和采用旋转麦克风阵列进行多次测量的方法来抑制高频声源识别中的空间混叠,从而达到使用较少麦克风提高声源识别性能的目的,并通过仿真和实验验证了此方法的有效性。     

自适应插值空域矩阵滤波器设计

针对基于常规插值矩阵滤波的高分辨方位估计算法当非插值区域存在强声源信号时性能严重降低的问题,提出了一种自适应插值空域矩阵滤波器的设计方法.该方法在保证插值误差和非插值区间滤波响应低于设定值的条件下,最小化插值空域滤波后的输出功率,使得插值矩阵滤波器能尽量保证让插值阵列流形逼近于规定的虚拟阵列流形,同时抑制非插值区间(阻带)的干扰和噪声.将滤波器的优化设计问题表达成二阶锥规划的形式,利用已有的内点方法求出其数值解.仿真结果验证了该方法的有效性.     

应用于传声器阵列定位校准的空间点声源声场拟合方法

介绍了一种用于传声器阵列声源定位精度校准的空间点声源声场模拟方法,并基于该方法设计了一套空间点声源模拟系统,完成了一个传声器阵列的定位位置精度校准。文章采用多通道点声源空间声场合成算法模拟了一个位于自由场空间的点声源,根据传声器阵列中每一个传声器的空间位置坐标,计算出传感器所处位置声场的动态声信号。通过耦合腔标准声源将对应的多通道电压信号输入被校准阵列系统,完成点声源的模拟。然后,该阵列运用波束形成算法进行声源定位,得出点声源的位置,并与模拟点声源的位置进行比对,实现对阵列定位准确性的校准。     

基于空间平滑处理的稳健宽带高分辨方位估计算法

实际系统中阵列误差导致的模型失配问题一直是高分辨方位估计技术走向实用化的一个瓶颈。相对于窄带信号,宽带信号阵列模型误差更加复杂和多样,通过建立宽带阵列信号误差模型,得出了基于空间平滑的稳健的宽带高分辨算法是一种抑制阵列误差的有效方法的结论,这种基于空间平滑的宽带高分辨算法,通过空间平滑后对各频率处不同子阵的互谱密度矩阵求和,一定程度上减弱了阵列误差的影响,具有较高的稳健性。本文结合消声水池试验,分析并验证了其效果。     

Direction of arrival estimation for uncorrelated and coherent signals with uniform linear array

A novel direction of arrival (DOA) estimation method is proposed with uniform linear array when uncorrelated and coherent signals coexist. The DOAs of uncorrelated signals are first estimated using a new method of modified total least squares estimation of signal parameters via rotation invariance techniques. Afterwards, the contributions of uncorrelated signals are eliminated and a new matrix is constructed based on the spatial difference matrix. Then, the coherent signals can be resolved by performing the forward spatial smoothing scheme on the new matrix. The proposed method can resolve more signals than the array elements with good performance. Simulation results demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed method.     

基于近场声全息的高频换能器阵列声场测量方法

在二维平面声压构建技术理论基础上,结合空间傅里叶变换的近场声全息技术,提出一种高测量效率的声场测量方法。以由4个压电元件所构成的矩形活塞换能器阵列为测量对象,进行声场仿真和实验测量,验证该测量方法的测量精度与效率。结果表明,该方法相比面扫描法测量效率提高了560倍,相比积分法计算速度提高两倍,可有效应用于高频换能器阵列的声场测量。     

解析声能流Capon空间谱估计

文章中把解析函数理论用于声矢量信号分析，提出了一个新概念“解析声能流”，给出了单矢量传感器输出的解析声能流表达式。并将这个新概念用于描述声矢量阵输出，得到了一种新的矢量阵输出模型“伪解析声能流”。利用该模型，推导了声矢量阵的Capon空间谱估计的表达式。理论分析和计算机仿真表明：1、解析声能流的实部和虚部具有正交的偶极子指向性，并且可以用移相的方法来旋转其主极大方向；2、在平面波和二维质点振速条件下，解析声能流将矢量叠加统一描述在它的相位中，从而可以综合描述声场的相位干涉和矢量结构；3、基于“伪解析声能流”模型，传统的Capon空间谱估计算法无需改动就可以直接用于声矢量信号处理，与传统的Capon空间谱估计算法相比，具有全空间无模糊定向能力、更低的旁瓣和对短时信号有更强的处理能力。     

Vector Field Smoothing for DOA Estimation of Coherent Underwater Acoustic Signals in Presence of a Reflecting Boundary

A new vector field smoothing algorithm for direction-of-arrival (DOA) estimation of multiple coherent, underwater acoustic signals is proposed based on the array with vector hydrophones, which is located at or near a reflecting boundary. The performance of the proposed algorithm is examined in two practical applications: hull-mounted and seabed array. The advantage of the vector field smoothing scheme is no reduction in the overall array's spatial aperture.     

Direction-of-arrival estimation for uncorrelated and coherent signals with fewer sensors

A novel direction-of-arrival (DOA) estimation method with fewer sensors is proposed when uncorrelated and coherent signals coexist, and two effective criteria to estimate the number of uncorrelated and coherent signals are also developed. First, the DOA matrix is constructed. Then, the DOAs of uncorrelated signals can be estimated by these proposed criteria and the related eigenvalues of the DOA matrix. Secondly, with the eigenvectors of the DOA matrix, which are related to coherent signals, the coherent signals that belong to the multipath of different far-field sources can be resolved separately using a spatial smoothing technique. Moreover, the DOA estimation accuracy of coherent signals can be further improved by an orthogonal projection technique. Simulation results demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed method.     

交叉层波束形成方法的发动机噪声源识别

发动机噪声源分布复杂,来源多,用人耳很难分辨,利用传声器阵列的噪声源识别技术可以为发动机噪声控制提供客观依据和指导。使用波束形成声源识别方法,对位于不同平面的多个声源进行了仿真识别,并研究了多维声源识别方法,使用交叉层法得到了声源定位的立体结果。结果显示,交叉层法可以有效消减或去除来自识别表面之外的声源在识别表面的虚假投影。最后,针对某发动机产品,使用平面传声器阵列对其上、前、左、右四个面分别进行一次变转速工况时域声压信号采集,使用互谱矩阵波束形成算法,得到各转速下发动机各表面的声源分布图像,并通过交叉层法得到了发动机表面声源的立体分布,准确将声源定位至发动机表面各部件。     

Uniform irradiation of adjustable target spots in high-power laser driver

For smoothing and shaping the on-target laser patterns flexibly in high-power laser drivers, a scheme has been developed that includes a zoom lens array and two-dimensional smoothing by spectral dispersion (SSD). The size of the target pattern can be controlled handily by adjusting the focal length of the zoom lens array, while the profile of the pattern can be shaped by fine tuning the distance between the target and the focal plane of the principal focusing lens. High-frequency stripes inside the pattern caused by beamlet interference are wiped off by spectral dispersion. Detailed simulations indicate that SSD works somewhat differently for spots of different sizes. For small spots, SSD mainly smooths the intensity modulation of low-to-middle spatial frequency, while for large spots, SSD sweeps the fine speckle structure to reduce nonuniformity of middle-to-high frequency. Spatial spectra of the target patterns are given and their uniformity is evaluated.