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。     

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。     

基于压缩感知的旋转式基阵DOA估计

提出旋转基阵方法,达到增加虚拟阵元的效果,再利用压缩感知理论进行阵列信号方位估计(DOA)。此方法可降低阵列流形矩阵相关性,提高多信号恢复算法成功率,且具有高分辨率。信源个数大于阵元个数时,该方法仍能成功对各信源方向进行估计。     

可利用波束输出信息的高分辨方位估计算法

本文介绍一类可以利用波束输出信息实现高分辨方位估计的算法,这类算法由于所利用的波束输出比阵元个数少得多,计算量得以降低,计算机仿真结果表明,对常见声纳接收阵波束输出信息进行高分辨方位估计不仅是可行的,而且还可获得比常规阵元域高分辨算法更低的分辨信噪比门限。     

矢量水听器阵时频MUSIC算法研究

时频MUSIC算法利用信号的时频分布构造空间时频分布矩阵,并用该矩阵代替传统的相关矩阵进行DOA估计,可以有效抑制噪声和干扰,提高算法的稳健性。时频子空间算法突破了传统子空间算法中阵元数对估计信号个数的限制,时频点包含了信号的时频空三维信息,通过时频点的选择可直接确定信号的频率从而确定阵列流型矩阵。对于宽带信号,在进行方位估计时避免了频域搜索,减少了运算量。将时频MUSIC算法应用于二维矢量水听器垂直线阵中,充分利用矢量水听器的标、矢量信息和信号的时、频信息进行宽带信号的二维波达方位估计。仿真研究验证了算法的有效性。     

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。     

任意阵列几种高分辨DOA估计算法的性能比较

许多优秀的高分辨算法只能用于均匀线列阵。在不规则阵列条件下，本文通过扇区内插法把实际阵列等效为虚拟的均匀线列阵，使高分辨阵处理算法能应用于任意阵列。以共形阵为例比较分析了改进的MFBLP、MFBLP、MUSIC、SSM和MSSM在少快拍时的方位估计性能，仿真结果表明这种等效虚拟的方法是可行的且改进的MFBLP在非相干与相干两种信号源情况下的估计性能都优于其它几种高分辨算法。因此，用等效虚拟的方法来实现改进的MFBLP对那些阵列不是均匀线列阵且实时性要求较高的阵处理是可行的。     

基于空时相关阵联合对角化的子空间DOA估计

为提高空间相关噪声场中的目标方位估计性能,提出一种基于空时相关阵联合块对角化的子空间方位估计算法.具体利用Jacobi旋转矩阵法对一组空时相关阵联合近似对角化,用联合对角化特征向量矩阵和特征值修正MUSIC(Multiple Signal Classification)等子空间算法.理论和仿真结果表明,在非相关噪声场中,基于联合对角化的子空间算法性能与常规子空间算法基本一致;而在相关噪声场中,联合对角化特征向量法能显著减小方位估计方差,提高估计性能.     

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°。     

基于样本协方差矩阵谱分离特性的波达方向估计方法

小快拍条件下利用样本协方差矩阵代替统计协方差矩阵会带来较大误差,导致传统DOA估计算法不能准确估计目标方位。通过分析发现在不同阵元数与快拍数之比情况下,不管相干源还是独立源,样本协方差矩阵都具有明显的谱分离特性,在此基础上提出了采用小快拍的主特征空间目标波达方向估计方法,该方法利用导向向量与噪声子空间正交,且与信号子空间平行的特性,使用导向向量与主特征空间相乘再取反余弦构造出目标DOA估计幅度。仿真与水池实验中阵元数与样本数之比为1时依然可以准确将多个目标分辨出;海试数据验证中,阵元数与样本数之比也同样为1时,两个相邻目标可以正确分辨,而MUSIC算法则有伪目标出现。     

利用时空平均法改善DOA估计性能

在信号子空间类DOA估计算法中 ,自相关矩阵估计的优劣决定了DOA估计的性能 ,但是常规自相关矩阵估计方法是对阵列输出信号做时间平均。然而对于均匀线列阵这一特殊阵型 ,其阵列输出自相关矩阵的具有To eplitz结构。根据均匀线列阵信号的时空平稳特性 ,本文提出一种时空平均的方法来改善自相关矩阵的估计质量 ,即对阵列的自相关矩阵做时间和空间两次平均 ,从而提高了DOA估计的性参 ;仿真结果表明 :在低信噪比或低快拍数的条件下能够明显提高DOA估计性能     

协方差驱动随机子空间的Toeplitz矩阵行数选择方法

随机子空间识别算法是一种基于环境激励的模态参数识别方法,仅需要响应时程便可识别模态参数。其中,协方差驱动随机子空间方法中Toeplitz矩阵行数的选取直接影响识别精度。通过构造相关矩阵,研究了Toeplitz矩阵行数i对协方差驱动随机子空间方法中奇异值分解去噪能力的影响。引入Toeplitz矩阵条件数,根据i与Toeplitz矩阵条件数的关系再次证明了i对识别精度的影响。研究了Toeplitz矩阵行数i的选择方法。采用两自由度弹簧振子系统和切尖三角翼模型两个仿真算例研究了Toeplitz矩阵行数i的选择方法。结果表明:在确定合适的系统阶数的前提下,Toeplitz矩阵的条件数越小识别精度越高。     

二维线性实对称可解反降晰的一种简化算法

本文讨论了用传统Toeplitz方法进行图像恢复的特点和不足之处,针对传统Toeplitz反降晰方法的缺点, 提出了一种应用于图像恢复的线性实对称反降晰简化方法及相关算法.该方法通过合理的对应映射和截断处理, 近似得到反降晰有限尺寸的逆核.围绕映射矩阵的形式和逆核截断尺寸的选择这两个关键问题,文中作了详细的 分析和探讨.对提出的算法进行仿真检验,并得到的效果明显优于传统Toeplitz方法,说明了该算法的优点.     

Toeplitz矩阵压缩恢复的两种中值修正的增广Lagrange乘子算法

增广Lagrange乘子算法是求解矩阵压缩恢复的一种有效迭代方法．为了有效求解Toeplitz矩阵压缩恢复模型,本文提出了两种中值修正的增广Lagrange乘子算法．在新算法中,对增广Lagrange乘子算法每步产生的迭代矩阵进行中值修正并保证其Toeplitz结构．新算法不仅减少了奇异值分解所用的时间和CPU时间,而且获得更精确的迭代矩阵．同时,本中还详细给出了两种新算法的收敛性分析．最后通过数值例子验证了新算法的可行性和有效性,并展示了新算法在计算时间和精度方面比增广Lagrange乘子算法更有优势．     

Measurement of 0-1 ml volumes using the procedure ofcapacitive-dependent crystals

In the paper, the use of a differential oscillator sensor structure in a capacitance sensor is presented. Investigations focused on the design and operation analysis of the oscillator differential structure in which the oscillation frequencies of the two oscillators are very close, and on the application analysis of capacitive-dependent crystals. In addition, the excitation of the entire sensor with stochastic test signals has been analyzed by the correlation deconvolution method which is also called the direct digital method (DDM). The compensation of temperature and voltage influences, as well as disturbing noise signals, are included. The area of operation and the uncertainty of the sensor with and without the test signal are given as well. When designing the capacitance sensor, the problems regarding the source of stable oscillation, compensation of temperature, the influence of supply voltage, noise, and A/D and D/A conversion occur in the operation range under 1pF. The pulse width module, which forms pulse-width modulated high-frequency current pulses, is the proposed solution. With these pulses, the capacitor in the integration element is charged or discharged. In this way, we benefit from the fact that the capacitor's voltage increases linearly if it is charging by a constant current. As the charging is affected only by the current pulses which require an adequate current, the disturbing noise signals do not affect the capacitor charging. The correlation determination of the measuring value is primarily important for the determination of end values. Several experiments have been carried out to investigate the method's possible applications. The method is linear in the range of work and ensures the uncertainty in the range below 0.01%. The experimental results of 0-1 ml volume measurements are shown. The volume measurement uncertainty (0-1 ml) Is less than 0.05% (T=15 to 25°C)     

酵母菌BOD微生物传感器的研究

以性能优良的酿酒酵母菌作为敏感材料，采用聚乙烯醇包埋方法获得了响应大、测量范围广，稳定性和准确度较好的BOD微生物传感器，该传感器测定BOD，其线性响应范围为0－200mg/L，线性相关系数达到0．99以上，响应时间在15min内，测定结果与标准五天法具有良好的相关性，连续稳定工作寿命在1个月以上。     

一元线性回归分析方法在压力传感器数据拟合中的应用

针对压力传感器在工程测量中需要根据计量检定数据获取压力传感器输出值和所加载标准压力值之间关系的问题,采用正态检验和方差分析的方法分析了压力传感器输出电压值和标准压力值之间的特征关系。根据相关系数值的计算结果,建立一元线性回归模型。分析了一元线性回归模型的拟合优度、模型线性关系、回归系数和模型的残差。结果表明：一元线性回归分析方法能够应用于计量检定工作中的压力传感器检定数据拟合分析,这对计量检定人员研究其他类似检定数据的拟合方法具有重要的参考价值。     

基于FEM的正交异性压电复合材料传感研究

通过建立被测构件与压电正交异性复合材料(Orthotropic Piezoelectric Composite Materials，OPCM)传感元件的三维有限元(Finite Eleinelit Model，FEM)模型研究OPCM的动态传感特性．采用对被测构件施加冲击载荷的方法获得传感元件输出的电压时域信号，并进行傅立叶变换分析，计算和实验结果都表明OPCM传感元件对同平面内相互正交的应力波具有不同的频响特性，且两者之间有较好的吻合性．     

基于线性矩阵不等式的鲁棒跟踪控制器的设计

当系统部件(传感器、执行器)发生故障时,控制器的实际输出信号值将与准确值存在一定的偏离,这种控制信号的偏离可能破坏系统的稳定性。本文提出了最优增益裕量鲁棒跟踪控制问题,其目的是最大限度地抵御控制信号偏离对系统产生的影响。通过直升机飞行控制模型的实例仿真,验证了本文提出设计方法的可行性;并通过最优增益裕量鲁棒跟踪系统与正常鲁棒跟踪系统的比较,进一步说明了最优增益裕量鲁棒跟踪控制对提高系统的可靠性是必要的和有效的。     

Polymeric Sensors to Monitor Cockroach Locomotion

We have developed a method using a polyvinylidene fluoride (PVDF) polymeric sensor to monitor the leg movements of cockroaches. The PVDF sensor was coated with gold as electrodes. It was attached to the leg of a roach. The voltage signals generated through bending directly correlate to the movement of the legs. It was found that the output voltage was a function of the degree of sensor bending caused by the movement of leg sclerites. An ex situ motorized linear stage generated similar results.