基于空时离散傅里叶变换投影的宽带旋转不变技术估计信号参数算法

利用采样频率和频域数据的关系,对空时离散傅里叶变换(DFT)投影方法进行改进,并且讨论分析了采样频率对其解相干性能的影响,然后将窄带旋转不变技术估计信号参数(ESPRIT)类算法应用到宽带相干源方位估计中,提出一种基于空时DFT投影的宽带ESPRIT算法。仿真结果表明,适当地增加采样频率可以改善空时DFT投影方法的方位估计性能,并且比起快速傅里叶变换(FFT)插值法,空时DFT投影方法具有更加优越的方位估计性能。     

声矢量阵方位估计算法及其改进

关于水下声纳系统优化问题,由于声纳在水下经多路径传播和海水噪声,影响水听器定位效果。针对最小方差无失真响应(MVDR)算法的方位估计精度低和不能分辨相干声源的缺点,为提高DOA估计效率,提出了一种基于四元数模型的MVDR算法。将单个二维矢量水听器的输出表示为四元数,建立了四元数域MVDR算法的方位估计公式,并根据多重信号分类法的思想对四元数域MVDR算法进行了改进。四元数域MVDR算法和改进算法减少了的内存需求和计算复杂度。仿真结果表明,提高了方位估计精度和对相干声源的分辨能力,并证明了算法的有效性,对水下声纳方位估计具有一定的工程应用价值。     

基于声矢量阵的宽带信号源方位估计

由于目标特征和水声信道的复杂性,阵列所接收的往往是宽带信号,它具有携带目标回波信息量大、混响背景相关性弱的特点,因此有利于信号的检测、参数估计和目标特征的提取.声矢量阵单个阵元能同时测量声场中的声压量和3个正交的质点振速分量,相对于声压阵,它能获取更多的声场信息.因此论文通过均匀声矢量阵运用FFT插值和RSS聚焦的MUSIC算法对宽带相干源DOA估计进行了研究,改善了对弱相干信号源的方位分辨和估计性能,实验所获得的仿真结果表明了该方法具有较高的参考价值.     

基于遗传算法的宽带目标波束空间DOA估计

提出一种基于遗传算法的宽带目标到达方位(DOA)估计新方法,该方法首先通过傅立叶变换方法设计频域恒定束宽转换矩阵,并使用该矩阵将阵元空间的数据转换到波束空间,同时,利用宽带波束空间遗传算法进行DOA估计。计算机仿真表明:在低信噪比条件下该算法相比于CSS类子空间算法、CSS类最大似然算法和阵元空间遗传算法有更高的分辨概率,更小的均方误差。     

一种新的矢量传感器线列阵波束形成算法

为了提高基于矢量线列阵的目标方位估计能力,将基于时域解析信号实现最小方差无畸变响应（ MVDR）的方法——TAMVDR算法引入到了矢量线列阵信号处理中,提出了实现矢量线列阵波束形成的VTAMVDR算法。理论分析了矢量线列阵VTAMVDR算法的原理,该算法通过Hilbert变换对时域宽带信号引入复权向量,不需要进行子带分割,且不需要对数据进行分块处理,获得稳定优化权向量估计所需要的数据长度远小于频域MVDR方法,数据长度合适时,单次快拍即可实现波束形成,大大降低了运算量。仿真和海上试验数据分析结果表明：VTMVDR算法相比于频域MVDR算法具有较好的性能,具有更高的分辨率和更窄的波束角,有更好的探测性能。     

盲源分离与高分辨融合的DOA估计与信号恢复方法

目标方位估计(Direction of arrival, DOA)和信号恢复分别是水下目标定位、跟踪与识别的前提.基于盲源分离方法可以得到含有阵列流形信息的解混矩阵, 融合成熟的高分辨方法提出了一种新的方位估计、信号恢复模型和方法. 在宽带信号背景下进行了仿真实验, 结果表明该方法可实现目标方位的实时估计和目标信号的恢复. 在同等条件下完成同样的目标方位分辨率, 比单纯的高分辨方法要求的阵元数和快拍数较少, 要求的信噪比要低. 海上实测数据检验也表明, 比常规的最小方差无失真响应(Minimum variance distortionless response, MVDR)方法得到了更好的结果, 明显提高了弱目标信号的空间谱能量, 增强了检测弱目标信号的能力.     

不等目标强度下的宽带波束域高分辨新算法

在低信噪比下，宽带波束域高分辨方法比宽带阵元域高分辨算法有更优的方位估计性能，但是基于恒定束宽多波束输出的宽带波束域高分辨算法对不等强度目标的分辨能力较差，而在实际声纳系统中所接收的目标强度大多是不相等的。该文提出了一种在低信噪比下不等目标强度的宽带波束域高分辨方位估计新算法，通过调整多波束输出方位来抑制高能量信号，达到分辨不等强度目标的目的，解决了实际系统中不等强度目标源的分辨问题。仿真结果表明，该方法在低信噪比，具有比传统宽带波束域高分辨算法和阵元域高分辨算法更优的不等强度目标分辨性能。     

宽带混合信号的快速DOA估计算法

针对均匀线列阵,在宽带混合信号(不相关和相干信号共存)情形下,提出了一种DOA快速估计新算法。利用阵列协方差矩阵的Hermitian性,通过酉变换将各频点的复数据矩阵映射为实矩阵,通过实值化的TOFS法先直接估计出宽带非相关信号的DOA;然后利用空间差分技术,在各个频点上得到只含相干信号的数据协方差矩阵;通过Toeplitz矩阵重构,在不降低阵列孔径的条件下,可实现相干信号的解相干,再利用实值TOFS法可得到相干信号的DOA。由于算法是并行分别对不相关和相干信号进行DOA估计,在信源过载(信号数大于阵元数)的情形下,算法依然有效,同时由于实值化,算法的计算复杂度较小。仿真结果验证了算法的有效性。     

一种混合源环境下的波达方向估计方法

提出了一种基于均匀线阵的混合源波达方向DOA估计的新方法。该方法首先利用传统MUSIC方法估计出非相干信号源的DOA,然后对整个阵列数据协方差矩阵进行差分消除不相关源信号和噪声的影响,再对此差分矩阵进行特殊的空间平滑去相干,利用重建的数据协方差矩阵估计相干源的DOA。此方法的特点是分别估计不相关信号和相干信号的DOA,优点是在可估计出多于阵元数信号的前提下具有较高的DOA估计精度和稳健性。理论分析和仿真结果表明此方法的估计性能优于空间差分平滑算法。     

基于FFT的子孔径MUSIC波达方向估计

针对现 有的很多波达方向估计算法涉及到数据协方差矩阵的估计及其特征分解,甚至是求逆,导致 运算复杂度高的问题,提出了基于快速傅里叶变换的子孔径MUSIC波达方向估计算法 。首先将等距线阵的接收数据矢量均匀划分为4个子矢量,然后对各个子矢量分别求FFT。将 FFT的结果相干积累,并找到最大峰值点。最后,利用子矢量FFT的结果中与最大峰值点对应 的数据构造新的降维矢量,借助MUSIC算法进行波达方向估计。该方法避免了直接接收数据 的协方差矩阵估计和特征分解,有效地降低了运算量和计算复杂度,在阵元数和快拍数都较 多的情况下优越性尤为明显。计算机仿真验证了所提方法的有效性和优越性。     

干涉式微波辐射计成像算法以及天线阵采样方案分析

对旋转扫描干涉式微波辐射计成像算法进行研究,提出了基于伪极网格傅立叶变换的成像算法,利用一维插值以及一维FFT即可实现图像重建,既提高了成像精度,又保证了成像速度。以3种8单元天线排列方案阵为例,利用本文方法和基于线性插值的笛卡儿网格方法分别进行成像模拟,模拟结果验证了本文方法的优越性,同时表明天线阵排列方案对成像结果影响很大,天线阵基线均匀性越好,数量越多,成像质量就越好。直线阵无法实现基线数量与均匀性的统一,而平面阵可以在较好均匀性情况下实现最多的基线数,是天线阵排列的首选方案。     

非均匀线阵的宽带波达方向估计

研究了基于非均匀线阵的宽带DOA估计问题和非均匀线阵的阵形。对宽带相干信号子空间算法（CSM）和修正MUSIC算法（MMUSIC）的基本原理作了简单介绍。基于修正MUSIC算法和CSM算法,提出了一种适合非均匀线阵的宽带DOA估计算法。仿真结果表明提出算法在非均匀线阵对称布阵方式下取得很好的效果,提高了DOA估计性能。     

基于波场模型的宽带相干源方位估计优化方法

阵列流形内插方法（AMI）是一种基于波场模型的宽带聚焦方法。它无须角度预估, 可以应用于任意已知结构的阵列, 但其采样矩阵的截断点数通常选取较大, 尤其在均匀线阵列下大大增加了运算量。针对这个问题, 提出了一种采样矩阵优化方法, 该方法利用贝塞尔函数的性质, 重新构造了采样矩阵, 使得新的采样矩阵在不损失信号信息的前提下, 最大限度地降低运算量, 从而有效缩短了运算时间。计算机仿真实验结果表明了该方法只需和阵元个数相同的截断点数就可以有效地实现方位估计, 并获得与阵列流形内插方法相当的方位估计性能。     

Real-valued MVDR beamforming using spherical arrays with frequency invariant characteristic

Complex-valued minimum variance distortionless response (MVDR) beamforming for wideband signals has very high computational amount. In this paper, we design a novel real-valued MVDR beamformer for spherical arrays. The dependence of the array steering matrix on source signal directions and frequencies is decoupled using spherical harmonic decomposition. Then a compensation network is designed to solve the frequency dependence of the array response and to get a new array response only determined by the spherical harmonics of the source directions. All frequency bins of wideband signals can be used together instead of being processed independently. By exploiting the property of the conjugate spherical harmonics, a unitary transform can be found to acquire a real-valued frequency invariant steering matrix (FISM). Based on the FISM, real-valued MVDR (RV-MVDR) is developed to obtain good performance with low computational amount. Simulation results demonstrate the performance of our proposed method for beamforming and direction-of-arrival (DOA) estimation by comparing with the complex-valued and real-weighted MVDR methods.     

改进SA-SP算法的路面不平度信号压缩感知采集研究

为大幅度减少采集路面不平度信号的存储空间,提高采集速度,基于压缩感知理论针对标准路面的不平度信号进行压缩采样和重构。首先验证了B级路面不定度信号在频域下的近似稀疏性,并进行了信号的压缩采样。针对现阶段凸优化方法和常用的三种贪婪算法的不足,提出一种改进的模拟退火算法与子空间追踪算法相结合的稀疏度自适应匹配追踪算法,利用改进的模拟退火算法快速搜索匹配最优的稀疏度,并采用子空间追踪算法快速重构信号。仿真实验对比五种重构方法,结果表明,凸优化方法精度较高,耗时过长;OMP算法和SP算法耗时极短,但需要预先进行实验来估测信号的稀疏度,实用性低;SAMP算法能实现稀疏度的自适应匹配,但匹配的误差较大,且耗时较长;提的新方法具有良好的精度和较快的执行速度,R-squares和耗时的均值分别为0.9837和2.77 s,稀疏度估测效果较好,且采样点数的增加不影响算法重构信号的速度。     

基于时间平滑和Toeplitz矩阵重构的复相干信号DoA估计

针对相干多径环境,分别利用时间平滑和Toeplitz矩阵重构算法实现了复相干信号的波达方向(DoA)估计,并进一步通过数学分析和计算机仿真对这两种算法的性能进行了对比,得出结论：时间平滑算法和Toeplitz矩阵重构算法对复相干信号的DoA估计均具有效性,Toeplitz矩阵重构算法性能相对较好,但有一定阵列孔径损失;而基于时间平滑算法无阵列孔径损失,可估计M-1个多径信号(M为阵元数),但计算量偏大。     

LoRa物理层同步及解调性能研究

针对现有的基于FFT的同步算法误差较大的问题,提出了一种优化的LoRa物理层前导码同步方法。首先,根据Chirp信号的时频转换特性,分别采用差分算法和插值算法对前导信号的归一化的小数频偏和小数时延进行估计,在此基础上采用基于FFT同步的联合估计算法对整数频偏和整数时延进行估计;之后,从理论上分析残余的同步误差对LoRa信号解调性能的影响。仿真结果表明,所提出的同步方案可以在相应信噪比极限下满足解调性能要求。     

基于自适应加权谱内插的宽带语音编码算法

提出了一种基于自适应加权谱内插(STRAIGHT)的宽带语音编码算法。输入的语音信号首先经过STRAIGHT分析得到精确的基频参数和谱参数,然后通过时域抽取和频域建模实现有效的编码压缩。在时域抽取时采用的区别于传统编码算法固定帧长的自适应可变帧长方法,使得编码存储量可以根据实际语音变化情况得到更加合理的分配。主观测听结果表明,该算法针对16kHz采样的语音信号,在6kbps码率上可以取得与AMR-WB(G．722．2)在8．85kbps时的相当的音质效果。此外,该算法还具有对恢复语音的时长、基频以及谱参数较强的调整能力。