采用快速近似幂迭代子空间估计的贝叶斯波束形成

针对深空探测过程中射电天文望远镜的输出性能会受到导向矢量不确定和强干扰的严重抑制的问题,进行了波束形成研究,提出了一种新的贝叶斯波束形成算法。该算法首先通过快速近似幂迭代(FAPI)来准确地估计干扰子空间,再通过子空间投影使得波束形成权重垂直于干扰子空间以实现对强干扰的有效抑制,最终在贝叶斯估计的框架下,递归地估计出波束形成权重。仿真实验的结果表明,该算法具有很好的鲁棒性和抗干扰能力。该算法在收敛后具有与最优Max-SINR波束形成器相似的性能。     

非一致性噪声条件下的特征空间波束形成

由于水声环境的复杂性,阵列的噪声分布可能是非一致性的。当阵元噪声功率各不相同时,阵列协方差矩阵特征分解得到的特征子空间与真实目标的特征子空间之间存在误差,导致特征子空间波束形成算法的性能衰减。文章提出了一种新的非一致性噪声条件下特征子空间的估计方法,将阵列协方差矩阵对角线置0,进行特征分解估计的特征子空间将不受阵元噪声非一致性的影响。将该方法应用到特征空间波束形成算法,提高了非一致性噪声条件下特征空间波束形成算法的方位分辨能力。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

用于时变结构模态参数识别的投影估计递推子空间方法

基于投影估计子空间跟踪算法提出了一种新的可用于时变结构模态参数识别的递推子空间方法。首先利用方阵求逆公式和正交补空间的性质将待跟踪的矩阵变换为一种适合在线跟踪的一阶修改递推格式,然后将奇异值分解转化为无约束优化问题,通过投影估计将目标函数变换为关于新数据的二阶形式,再利用最小二乘法求出系统的特征子空间,最后根据模态分析理论求出时变结构的伪模态参数。使用本文方法辨识一个具有移动质量块机械臂系统的伪模态参数,并将结果与另外两种方法进行比较。理论和仿真结果表明提出的方法具有计算量小、对噪声不敏感等优点。     

基于极小准则的完备正交判别局部保持算法

以无监督判别投影算法为理论基础,提出了一种基于极小准则的完备正交判别局部保持投影算法.算法首先根据同类样本的空间信息重新定义了类内局部保持散度矩阵与类问局部保持散度矩阵,然后借鉴无监督判别投影算法的目标函数,推导出一个基于极小准则的目标函数,该目标函数通过投影到总体散度矩阵的非零空间中有效地解决小样本问题,最后给出了该...     

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°。     

基于特征值分解的随机子空间算法研究

针对基于数据驱动的随机子空间法计算效率低下的问题,提出一种基于特征值分解的随机子空间算法,该方法通过对ＣＨ矩阵的特征值分解得到扩展可观测矩阵Ｔｍｉ,进而识别出系统模态参数。相比于传统算法,该算法免去了对Ｈａｎｋｌ矩阵的ＱＲ分解及投影矩阵的ＳＶＤ运算,从而大大节省了内存和计算时间。通过一个７自由度的数值仿真和重庆朝天门大桥模型的实例分析证明该方法在保持计算精度的情况下大幅度地提升了计算效率。     

利用响应数据识别模态参数的子空间在线递推算法

基于随机子空间算法,利用矩阵空间的性质和QR分解将行空间到过去行空间的投影展开为一种用于跟踪的修改递推模式.通过子空间跟踪算法,不断跟踪计算投影的左奇异值向量,再利用最小二乘法求出系统的模态参数.最后用悬臂梁作为实验模型,通过不断改变系统激励的频带范围,验证方法的有效性及稳定性.结果表明,只要选取适当的衰减系数,该方法就可以既保证一定的识别精度,又具有良好的跟踪特性.     

基于独立分量分析的波束空间波达方向估计算法

波束空间变换是波达方向估计算法中重要的预处理方法,该方法适合大阵列、小信号源数的场合,可以有效降低运算量。但是目前存在的波束空间类DOA估计算法大多需要预知信号的大致来向,同时对阵型有要求。为了解决上述问题,提出一种基于独立分量分析的波束空间DOA估计算法,使用独立分量分析方法获得波束形成变换矩阵。该算法对阵型无要求、无需知道信号来向并且具备较强的角度分辨能力。仿真实验验证了有效性。     

稳健协方差矩阵重构波束形成算法

针对信号导向向量失配以及接收数据协方差矩阵存在误差会导致传统的自适应波束形成器产生能损失的问题,提出了一种基于干扰加噪声协方差矩阵重构的稳健波束形成算法.该算法通过对信源来波角度范围进行Capon谱估计得出重构信源协方差矩阵,并通过特征分解以及子空间性质得出信源的导向向量,然后利用重构所得信源导向向量计算出信源功率以及...     

波达方向误差对对角加载波束形成的影响研究

文章回顾了对角加载波束形成理论的发展,列举了几种较常使用的求取对角加载因子的方法。通过多个仿真实例,着重分析了Xavier提出的基于无限随机矩阵理论的对角加载因子的方法．指出了其局限性一在期望信号的方向向量存在误差的时候,该方法产生自消现象,从而波束形成器的性能急剧下降。本文结合特征空间波束形成,根据期望信号的实际方向向量正交于噪声子空间,提出一种改进方法一先对期望信号的方向进行校正,再求取对角加载因子,从而加强了Xavier的方法对波达方向失配的稳健性。仿真实例验证了在信噪比不大的时候这个方法的有效性。     

OFDM系统在时变信道下的迭代干扰抵消算法

为克服正交频分复用(OFDM)系统中因时变多径衰落信道破坏子载波的正交性引起载波间干扰(ICI),从而导致系统性能下降的问题,提出了一种基于最小均方误差(MMSE)估计和迭代算法相结合的迭代干扰抵消算法.为了消除一般MMSE均衡方法将载波间干扰当作加性高斯白噪声(AWGN)所带来的误差,该算法先使用MMSE方法对传输信号进行初值估计,再通过迭代干扰抵消和MMSE均衡相结合,来消除由时变信道所带来的载波间干扰.多次仿真表明,在时变多径衰落信道中使用本算法能够有效地消除载波间干扰,使系统性能得到很好的改善.     

齿轮焊缝超声检测信号降噪方法研究

汽车变速箱齿轮焊缝的超声检测过程中,超声回波信号存在信噪比较低导致误检率较高的问题.该文根据齿轮焊缝超声检测信号中噪声的特点,提出利用经验模态分解进行滤波的方法.针对经验模态分解过程中出现的虚假频率现象,提出镜像扩展的解决算法,把镜内信号映射成一个周期性的信号,抑制端点效应,避免虚假频率现象.仿真结果表明该方法可有效提...     

基于背景抑制与改进多尺度LSD的声呐小目标检测算法

针对声呐小目标检测由于水下环境复杂、目标回波信号弱等因素造成虚警率和误检率较高的问题,文章提出基于背景抑制和改进直线分割检测(Line Segment Detection, LSD)的检测算法。首先对原始声呐数据截取序列片段,构建多周期累积历程图,凸显运动目标轨迹线特征;其次设计边缘滤波算子,有效滤除部分背景噪声,并结合投影变换进行线特征增强,不仅实现了断裂直线重连,还抑制了剩余噪声;然后基于图像金字塔改进了多尺度LSD直线分割检测算法,有效缓解了过检测问题,大幅增加了直线平均长度;最后为了合并冗余检测信息,利用运动轨迹时空一致性特征设计后处理模块,提高了检测定位精度。通过多组无人遥控潜水器(Remotely Operated Vehicle, ROV)、潜水员、空心球靶小目标序列的湖试、海试数据的定量与可视化结果定性分析,实验结果显示,文中算法与传统LSD相比,误检率和漏检率分别降低了11.2和3.9个百分点,定位误差下降了1.495个像素。结果表明,文中所提算法大幅提高了声呐小目标检测精度,为后续水下目标识别、跟踪等任务奠定重要基础。     

提高莫尔条纹正切法细分精度的改进算法

为提高莫尔条纹信号正切法细分的精度和倍数,应用改进算法对原始信号进行数据预处理.通过神经网络自适应算法在莫尔条纹信号降噪方面的移植,结合滤波步长的实时调整,有效滤除了信号的宽频段有色噪声干扰;采用了基于滞后相位补偿思想的相位调整算法,通过分段处理,提高了原始正余弦信号的相位正交性.对算法处理后的莫尔条纹信号进行正切法细分验证,实验结果表明当细分倍数为1 024时,可确保细分误差小于1个细分当量,即0.618″,若不考虑信号的非正弦性影响,细分精度提高了10倍以上.     

应用试验模态参数修正理论模型的最佳矩阵逼近法

本文从特征方程和模态正交条件出发，给出了一种应用模态参数识别结果修正理论模型的最佳矩阵逼近方法。该方法通过对识别出的模态矩阵进行奇异值分解并结合特征方程和模态正交条件导出了修正理论模型的通解表达式。在此基础上，给出了最佳逼近解的定义，研究了最佳逼近解的存在性和唯一性，给出了最佳修正质量矩阵和刚度矩阵的具体表达式，讨论了保证修正后的质量矩阵和刚度矩阵仍具有带状性质的方法．数值计算表明，本文方法具有较高的修正精度，对于大误差模型也有较好的修正能力。     

环境激励下桥梁结构模态参数识别的改进随机子空间算法

为了剔除稳定图中的虚假模态和避免模态遗漏现象,提高模态参数识别的精确度,提出了一种基于滑动窗口和相似度的桥梁结构模态参数智能化识别算法。基于余弦相似原理提出了频率相似度和振型相似度,并依此构建置信度,以实现对系统真实阶次的自动化确定;引入改进集成经验模式分解算法,以消除响应信号内部的噪声信号,达到消除部分虚假模态的目的;接着引入滑动窗口以实现对响应信号的划分,并通过构建频率相似度、振型相似度以及阻尼比相似度实现多个窗口对应参数结果中同类模态的聚类处理,达到剔除虚假模态和避免模态遗漏的目的。最后将所提算法运用于实际斜拉桥结构的模态参数识别,并将识别结果与现场试验值以及有限元结果进行对比,结果表明,所提算法不仅能有效识别出频率结果还能识别出准确的模态振型图,能够实现桥梁结构模态参数的在线智能化识别。     

基于多假设检验的新型小波滤波算法

小波阈值滤波是信号处理领域的重要方法,根据信号和白噪声在小波空间上传播的特性,提出了一种基于多假设检验确定小波滤波阈值的新算法。将小波阈值处理过程看作一个多重假设检验过程,FDR（False Discovery Rate）准则的step-up和step-down过程均能控制FDR在给定的显著性水平,综合这两个过程形成了FDR step-up-down过程并应用于确定小波滤波阈值。仿真实验表明,算法能够灵活调整显著性水平的大小来达到滤波后所希望的效果,以信噪比和均方误差作为衡量指标,本方法滤波效果与hearsure方法相当,优于BH FDR及sqtwolog方法。讨论了显著性水平的选取对滤波效果的影响,指出显著性水平的大小与信噪比的改善并非线性关系,提出了合理选取显著性水平的思路。     

一种恒虚警线谱检测算法研究

提出基于高低分辨率功率谱匹配度估计的线谱检测算法,该算法对信号分别进行高分辨率功率谱估计和多段低分辨率功率谱估计,然后以高分辨率功率谱估计为模板,用多段低分辨率功率谱估计进行校验的方式进行线谱检测。基于单频信号加高斯白噪声假设条件,理论上导出该检测方法的检测率和虚警率,并进行了仿真验证。与传统的线谱检测方法相比,该线谱检测算法不需要预知噪声功率谱,且具有恒虚警的特点。在车辆目标远距离声学检测应用中,该检测算法具有较好的检测性能。     

一种均匀线阵互耦校正算法

旋转不变子空间(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)算法是空间谱估计中的典型算法,但是阵列互耦会严重影响ESPRIT算法的测向性能。将均匀线阵划分为冗余阵元和有效中心阵元,对有效中心阵元利用ESPRIT算法估计出校正源方位角,结合冗余阵元信息估计出互耦系数阵。计算机仿真显示该算法在互耦自由度为2或3时均有效,算法还从仿真角度研究了幅度和相位误差对算法性能的影响。该算法校正时只需单个未知方位校正源,是一种操作简单的均匀线阵互耦校正算法。