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。     

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。     

水听器混合阵列MUSIC方位估计研究

实际应用中,矢量水听器阵列是声压水听器阵列通道数的三倍（二维矢量水听器阵列）或四倍（三维矢量水听器阵列）,其相应的数据量、信号处理复杂度及成本亦明显增加。在阵列中混合配置声压水听器与矢量水听器,是一种解决该问题的有效途径。利用多重信号分类法（MUSIC）,对五种配置的水听器混合阵列进行研究,分析在不同信噪比、目标相对运动时对方位估计的影响。仿真表明,在有相同数目矢量水听器时,水听器混合阵列间隔配置比集中配置要好;在目标方位未知的情况下,在中间配置一个矢量水听器比在一端配置要合理。     

单矢量水听器四阶累积量MUSIC算法对信号DOA的估计

针对传统MUSIC算法的局限性,提出了一种基于高阶累积量的单矢量水听器MUSIC算法.这里将单个矢量水听器理解为一个标量传感器阵列,按照阵列信号处理的原理对其输出的标量场和矢量场信息进行联合处理,该算法先构造四阶累积量矩阵,代替传统MUSIC算法中的阵列协方差矩阵,对四阶累积量矩阵采用MUSIC算法作方位估计.仿真结果表明,借助高阶累积量的方法,在高斯白噪声下,MUSIC算法能完全抑制高斯白噪声的影响,在高斯色噪声条件下,该方法还是能获得高分辨率的估计.湖试结果也表明,文中算法有更好的目标方位估计性能.     

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...     

压差式矢量水听器定向系统

由于基于声压水听器的定向系统在小体积和低频段时定向精度很低,不能满足深弹要求,因此研究了基于压差式矢量水听器的水下目标被动声定向系统。该系统采用声压和振速联合处理的方法获得目标的方向,由压差式矢量水听器和DSP软硬件系统组成。在实验室,用模拟的信号和软硬件系统进行了试验研究,证明压差式矢量水听器在低频段和小尺寸条件下具有可靠的定向性能和2°的方位角定向精度。     

胶囊网络矢量水听器DOA估计

针对水下环境信噪比低的特点,以及传统子空间算法计算复杂度高等问题,提出一种基于胶囊网络（capsules network,CapsNet）的波达方向（direction of arrival,DOA）估计模型。将水下矢量水听器阵列采集的协方差数据实虚部分离作为二维数据输入,利用胶囊结构构建向量神经元,通过动态路由的特征传递方法,得到相应矢量胶囊的分类输出,实现低信噪比条件下的DOA估计。为了验证胶囊网络模型的性能,在不同信噪比下条件下,与多重信号分类（multiple signal classification,MUSIC）和卷积神经网络（convolutional neural networks, CNN）的DOA估计结果进行对比分析。仿真结果表明,训练后的胶囊网络,具有更高的水下DOA估计准确率,抗噪性方面优势更加明显,并且在提升性能的同时,加快了方位估计速度。     

单片集成阵列式MEMS矢量水听器设计与仿真

针对当前对MEMS矢量水听器高可靠性、宽频带的迫切要求,设计了2×2单片集成阵列式MEMS矢量水听器。矢量水听器单片集成阵列化可以提高水听器一致性,大幅度降低水听器的制造成本。在理论分析的基础上,通过Ansys软件完成对阵列微敏感结构机械特性和频率特性的仿真,确定压阻惠斯通电桥的布置及连接方式。对于水听器的研究和应用有重要意义。     

基于Matlab的雷达阵列天线信号的波达方向估计

分析了雷达天线的阵列信号,采用MUSIC算法对阵列天线接收到的信号进行波达方向估计,利用Matlab对分析进行仿真。仿真结果表明,此方法准确,能够可靠地找到信号的入射方向和幅度。     

矢量阵被动合成孔径算法

随着减震降噪技术的发展,水下辐射噪声水平不断降低,使得采用常规波束形成技术进行声源定位难度加大。基于此原因,本文重点研究矢量阵被动合成孔径技术,该方法将合成孔径应用于矢量线列阵中,通过理论及仿真表明,该方法要优于常规声压阵列,它可以通过较少水听器阵元数目的阵列,得到可以覆盖多个倍频程信号的大孔径的虚拟阵列,具有更高的目标定位精度,而且可以获得长阵具有的阵增益和方位分辨力,降低工程实施难度,适合低噪声目标的辐射噪声测量,具有良好的工程应用价值。     

相关噪声背景下声矢量阵目标方位估计

传统的矢量水听器数据处理方法将单个矢量水听器的输出用一复数向量来表示,没有充分利用矢量水听器各振速通道的正交特性,为此提出了用复四元数对矢量水听器的输出数据建模,将矢量水听器输出的三个振速分量用复四元数的三个虚部表示,保留了矢量水听器各阵元的正交性,对相关噪声有较好的抑制能力。针对声源的非平稳特性,将观测数据分成多个子段,计算每个子段的协方差矩阵并进行向量化处理,通过一正交映射,消除干扰噪声,最后对去除噪声的伪协方差矩阵做特征值分解,利用MUSIC算法原理建立目标的方位估计公式。算法降低了对声源信号平稳性要求,对相关噪声有较强的鲁棒性。     

单只矢量水听器对多目标方位估计的仿真研究

文章结合了矢量水听器的自身特点,利用单只矢量水听器分别研究了声强法和ESPRIT算法对目标方位进行估计,在无需知道信号先验信息的条件下,可以实现对多个不相关信号的方位角估计。利用已知的条件进行模拟仿真,在不同的信噪比,样本长度的条件下来对比声强法与ESPRIT算法之间了优劣性。     

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。     

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。     

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。     

单矢量水听器多目标方位估计的算法研究

矢量水听器可有效抑制各向同性的背景噪声干扰,能同时共点地拾取声场的声压标量和振速矢量信息。这些信息的偶次阶矩组成了以各个目标的声强和方位为未知数的非线性方程组。为了求解该方程组,研究了具有全局最优化概率搜索的快速方法:遗传算法和小生境遗传算法,并对两者的性能进行比较。仿真试验的结果证明了算法的可行性,即基于小生境遗传算法能够实现单个矢量水听器进行多个非相干源目标的方位估计。为了提高弱目标的方位估计精度,又提出了二次小生境搜索方法。     

雷达脉冲阵列信号的处理和波达方向分析

基于雷达系统的目标跟踪和导航技术在舰船领域具有重要的意义,起到目标探测、定位与导航等作用。而雷达信号的处理技术保障了雷达的精度,是雷达探测领域的研究重点。本文研究的对象是一种雷达脉冲阵列信号的分析技术,首先对雷达脉冲阵列进行了数学建模,并分析雷达脉冲阵列信号的方向特性,基于经验模态分解技术对雷达脉冲阵列信号的波达方向及传递特性进行分析与仿真,对于改善舰船雷达系统的精度有重要作用。     

拖曳线列阵声呐噪声测向方法及误差分析

开展抗干扰能力强的高精度线列阵测向算法研究,对于提高拖曳线列阵声呐装备实际作战性能具有重要意义。本文给出一种适用于拖曳线列阵声呐的宽带噪声信号波达方向估计方法,利用波束形成结果,解算指向性图极大值位置,可以估算目标大致方位。分裂阵半波束处理输出左右子阵的相位差,通过解算可以精确估计波达方向。在此基础上,从阵列信号处理理论和水声工程应用角度,系统分析影响拖曳线列阵声呐噪声测向精度的各方面因素,探讨测向误差的分布规律,最后给出提高测向精度具体方法及修正措施。     

基于矢量阵的近场小目标定位算法研究

针对水下近场预警问题,本文提出利用任意阵型的矢量水听器阵列对近场小目标声源定位。本文首先详细推导了平面矢量阵的近场测量模型,然后介绍了矢量阵常规波束形成和MVDR算法,最后通过仿真和实验进行验证算法的性能。结果表明矢量阵MVDR具有更高的目标分辨率,RMSE随SNR的增大误差不断减小,适合于水下近场区域预警防御。     

矢量水听器在潜艇模型噪声定位中的应用研究

潜艇模型噪声源的定位可以为分析潜艇模型噪声的辐射特性提供依据,进而评估潜艇模型噪声的优劣,并对其性能加以改进.利用水听器阵列可以对潜艇模型噪声定位,但对于低频辐射噪声,水听器阵列的孔径会很大.在漳河水库,利用矢量水听器测量了潜艇模型的辐射噪声,并利用复声强器估计了辐射噪声的方位,从而为矢量水听器在潜艇模型辐射噪声测量中的应用提供了一个范例.