矢量圆阵时域解析MVDR算法研究

为提高矢量圆阵的方位估计性能,将VTAMVDR(MVDR based on Time-domain Aanalysis signals of Vector Sensor)应用在矢量圆阵中,提出矢量圆阵时域解析MVDR算法,研究了矢量圆阵时域解析MVDR算法的原理及实现流程,然后通过仿真分析对比矢量圆阵时域解析MVDR算法与矢量圆阵常规波束形成的波束宽度、方位估计性能和分辨率。仿真结果表明,矢量圆阵时域解析MVDR算法方位估计性能和多目标分辨能力优于常规波束形成算法。     

基于ICA的单矢量水听器多目标分辨

单矢量水听器利用目标信号的声能流进行测量,可有效抑制各向同性干扰,提高目标信号的信噪比,从而实现目标的波达方向(DOA)估计。但若存在多个目标时,单矢量水听器测量的是各信号声能流的矢量和,因此无法估计单个目标的方位。本文将独立分量分析(ICA)原理与单矢量水听器技术相结合,提出一种新的单矢量水听器多目标分辨算法。在目标信号方向未知的情况下,该方法可对矢量水听器的导向矢量实现盲估计,并分离出各独立目标信号,进而利用声能流逐次分辨出各独立目标信号。仿真实验证明了算法的有效性。     

矢量圆阵时域解析MVDR算法研究

为提高矢量圆阵的方位估计性能,将VTAMVDR(MVDR based on Time-domain Aanalysis signals of Vector Sensor)应用在矢量圆阵中,提出矢量圆阵时域解析MVDR算法,研究了矢量圆阵时域解析MVDR算法的原理及实现流程,然后通过仿真分析对比矢量圆阵时域解析MVDR算法与矢量圆阵常规波束形成的波束宽度、方位估计性能和分辨率.仿真结果表明,矢量圆阵时域解析MVDR算法方位估计性能和多目标分辨能力优于常规波束形成算法.     

三种基于四元数模型的声矢量阵MUSIC算法

传统的基于长矢量模型的MUSIC算法没有充分利用矢量水听器各分量之间的正交特性,存在多目标分辨能力不足的缺点。针对这一情况,文中引入了四元数的概念,利用四元数能更好地描述矢量水听器各分量的正交结构这一优点,提出了三种基于四元数模型的二维声矢量阵方位估计算法:Q-VV算法、Q-PV算法和Q-PVV算法。与基于长矢量模型的MUSIC算法相比,新算法降低了协方差矩阵的维数,占用更少的内存空间。同时,由于利用了四元数强正交性约束的特点,新算法有好的单目标估计精度和多目标分辨能力。其中:Q-PV算法和Q-PVV算法利用了声压与振速的相干性,抗各向同性干扰的能力优于Q-VV算法。仿真实验证明了算法的有效性。     

单矢量水听器MUSIC估计与互谱估计的性能比较研究

为了研究单矢量水听器的目标方位估计能力,将MUSIC算法和互谱法分别用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流形特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单矢量水听器的MUSIC高分辨方位估计。对单个的目标进行方位估计仿真,同时将MUSIC算法与互谱法进行比较,得到在低信噪比下,MUSIC算法的方位估计精度要高于互谱法。在高信噪比下,MUSIC算法和互谱法的方位估计有比较好的性能。水库试验数据验证了该MUSIC算法和互谱法的有效性。     

基于舷侧阵的MVDR波束形成算法研究

针对鱼雷舷侧阵的方位估计,研究了阵元域MVDR波束形成算法,此算法较常规波束形成算法在分辨能力上已有了很大的提高,但阵元域MVDR是对阵元域的信号直接处理,计算量较大,在低信噪比时分辨能力下降,限制了其在声纳系统上的应用.文章提出的波束域MVDR(BMVDR)波束形成算法就是为了克服阵元域MVDR的缺点.通过理论分析及计算机仿真,表明BMVDR算法的性能优于MVDR与常规波束形成(CBF).     

混响场中矢量传感器抑制干扰能力分析

随着声呐工作频率向着低频方向发展,抑制混响已经成为提高主动声呐系统工作能力以及提高水中目标强度测试精度的重要方面.根据混响的时空相关特性通常采用钟形脉冲和线性调频信号可较常规的CW信号取得较好的抗混响效果.近年来对矢量传感器在各向同性噪声场中的抑制干扰能力已经进行了深入广泛的研究,包括提高信噪比性能、定向性能以及多目标分辨等,为水中目标噪声测试、特征分析等工程实际中应用矢量传感器奠定了基础.但尚未对主动声呐系统和水中目标低频强度测试中利用矢量传感器的抑制混响能力开展系统研究.以混响场的各向同性为基础推导了单矢量传感器抑制混响的能力,并结合湖上试验数据分析探讨了矢量传感器不同声能流组合形式抑制混响干扰的能力分析,为矢量传感器在主动声呐系统中的工程应用提供了理论依据.     

单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨

利用单个矢量水听器可以测出目标声源的方位,提出了一种利用单矢量水听器基于互谱测向的多目标分辨方法。利用互谱测向方法计算出测量过程中各个目标的方位变化轨迹,画出方位历程图,根据方位历程图选择目标方位相差比较大的时刻,根据方位信息提取出各自目标声源的特征谱;只要目标声源的特征谱不重合,就可以分辨出多个目标。本文结合仿真说明了分辨2个目标的方法和计算过程,利用本方法可以分辨2个或更多目标。     

基于分布式声矢量传感器MIMO声呐的OMP-DCD成像算法

针对声压传感器条件下,声呐成像的左右模糊问题;针对常规MIMO声呐成像算法分辨力受瑞利限的限制问题;针对压缩感知算法重构信号中的数值不稳定问题,本文利用声矢量传感器接收到的信号振速信息和声压信息,利用目标在空间域分布的稀疏性,在压缩感知理论下,提出了基于声矢量传感器的二维坐标下降法(DCD)算法改进的正交匹配追踪(OMP)算法。仿真结果表明,提出的算法可以精准地估计出空间目标的方位;与传统的分布式MIMO成像算法反向投影(Back Projection,BP)相比,使用更少的实验数据,降低了运算的复杂度;当信噪比为10 d B的条件下,BP算法当主瓣级为0 d B时,在x,y,z轴最大的旁瓣级分别为–24.5 d B,–24.3 d B,–5.5 d B,而提出的算法可以获得一个稀疏解,且有效的避免左右模糊问题;避免重构信号中的矩阵求逆运算,数值不稳定得到了解决;并在信噪比为–5 d B以下时,定位精度高于声压OMP-DCD算法,具有更高的抗噪声能力和系统辨识能力。     

NEMS矢量水听器的海上实验研究

NEMS矢量水听器是可以接收来自水下二维空间声音信号的一种新型仿生结构。在室内研究的基础上进行海上实验,对单个NEMS矢量水听器采集的船辐射噪声进行处理。结果表明,单个NEMS矢量水听器能够在真实的海洋环境中对运动的目标进行航迹跟踪;利用CZT方法能够对海上运动目标进行特征线谱分析,提高了在局部频段内的分辨能力,频率分辨力可达0.32 Hz。     

基于声矢量传感器阵的相干源高分辨方位估计

声矢量传感器能同时共点获得声场中声压、振速信息及更多的信息量,具有很好的应用前景.研究了声矢量传感器阵方位估计的多重信号分类(MUSIC)算法,并在此基础上推导了基于空间前向平滑算法的声矢量传感器阵相干源方位估计的方法.采用该方法可以有效地对相干源进行方位估计,同时综合利用声压、振速信息可以实现信号源方位360°无模糊估计,计算机仿真表明该方法具有较好的方位估计性能.     

Min-norm spatial spectrum based on acoustic vector-sensor linear array

1 Introduction1 The Min-Norm(MN) algorithm was proposed by Kumaresan and Tufts[1] for estimating the DOA of targets applied at pressure sensor arrays. It has been proved that lower bias and higher resolution of DOA estimation using the MN algorithm is obt…     

相干信号空间谱估计测向仿真研究

空间谱测向技术是一项先进的阵列信号处理技术.普通空间谱MUSIC算法对相干信号波达角估计测向分辨率比较差,推导了基于空间平滑算法和基于频率平滑的算法并进行了仿真.通过仿真对这2种算法与不经平滑计算出的波达角进行了比较分析,结果空间平滑算法对窄带内相干信号分辨率比较理想,而频率平滑算法对宽频带内相干信号的分辨率比较理想.     

Direction of arrival estimation of coherent sources based on arbitrary plane arrays

A method of direction of arrival （DOA） estimation of coherent sources is proposed, which is based on arbitrary plane arrays. After constructing the mathematical model of coherent sources, virtual array transformation and MUSIC algorithm are used to realize the azimuth estimation of coherent sources, which improved the DOA estimation performance greatly. According to the computer simulation, its validity is confirmed.     

一种基于互素阵的孔径扩展方法

物理阵元数一定的情况下,通过孔径扩展虚拟出大孔径的方法可以提高目标方向估计的分辨率。本文提出使用基于互素阵的孔径扩展方法,该方法基于互素定理,通过满足一定规则的非均匀布阵,使用两物理存在阵元接收到的信号虚拟出一新的阵元,如此将此非均匀阵列扩展为孔径较大的均匀线阵,然后进行目标波达方向估计。仿真和水池试验表明该孔径扩展方法可以显著地提高空间分辨率,以及能够得到更低的旁瓣级,显然能节省物理阵元,对工程应用来说能降低成本,所以具有良好的应用前景。     

船载多目标水声跟踪系统的实时阵列信号处理

本文介绍一种船载多目标水声跟踪系统，它以多片ＴＭＳ３２０Ｃ２５ＤＳＰ为核心采用并行处理技术，以达到对下快速目标实时准确定位的目的。     

基于神经网络的MUSIC计算方法

MUSIC方法是空间谱估计中经典的子空间方法,这类算法有个共同特点就是要对输出数据的协方差矩阵进行数学分解,其计算量较大,不适合实时处理。因此,文章提出了基于神经网络的高效迭代方法,不需进行数学分解,计算过程相对简单。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于压缩感知的正交偶极子阵列信号参数估计

[目的]针对传统的极化敏感阵列的波达方向(DOA)估计算法运算复杂度高、实时性差的问题,提出基于压缩感知的正交偶极子极化敏感阵列结构.[方法]将数据压缩思想应用于阵列结构设计,压缩接收信号矢量维度,减少射频前端链路数量,以控制系统的复杂度,使阵列结构设计具有高度的灵活性.基于结构降维多重信号分类(MUSIC)算法;首先...     

基于小型圆阵的AUV方向定位算法的研究

水下小型无人系统AUV在海洋探测中起着重要，实现其精准定位与打捞有利于促进海洋经济的发展。传统的具有较高定位精度的装置如长基线等不方便装载与布置，定位效率不高。本文提出一种基于小型圆阵的AUV方向定位算法，被定位的AUV搭载声源，装载在船上的定位系统，采用半径为0.125m的水听器圆阵列，阵元个数为4，水听器阵列接收的信号通过多通道前端处理电路被采集，对每个阵元接收到的信号利用希尔伯特变换相位检测方法检测出各信号的相位恢复无幅度和相位失真的信号，然后使用具有超指向性的反卷积波束形成算法实现AUV方向的准确估计。水池实验表明，小型圆阵系统的相位反卷积波束形成定位算法精度高，定位平均误差为0.233°，主瓣宽度窄，波束平均宽度3.97°。便于装载，相比MUSIC算法具有更好的定位效果。