基于阵列误差校正的波束域方位估计算法实验研究

针对阵列误差的存在会导致波束域高分辨方位估计算法性能下降的问题,给出了一种基于阵列误差校正的波束域处理方法。该方法利用单个校正源,根据实际测量数据,在获取基阵实测阵列流形的基础上,实现了对阵列误差的校正,进而利用波束域MUSIC算法估计出信号的方位。实验结果验证了基于实测阵列流形的阵列误差校正方法可以有效增强波束域高分辨算法对阵列误差的稳健性。     

一种密集波束域高分辨方位估计新方法

高分辨方位估计在声纳、雷达、通信等众多应用领域中占有十分重要的地位。提出了一种均匀线列阵的密集波束域MUSIC(DBMUSIC)法。该方法形成波束空间时，通过波束密集系数控制波束之间的密集程度，从而提高方位估计方法的多目标分辨能力。同时讨论了波束密集系数以及快拍数对DBMUSIC法分辨性能的影响。研究表明，与原波束域MUSIC(BMUSIC)法相比，在低信噪比的条件下，DBMUSIC法的高分辨估计性能得到明显改善，应用前景良好，而且快拍数越大，DBMUSIC法的多目标分辨能力越强。     

矢量传感器阵列高分辨率方位估计技术研究

矢量传感器能同时共点拾取声场中的声压和三路相互正交的振速信息,获得额外的信息量,它的出现引起了国内外的关注.为了改善波束域高分辨率方法的性能,获得矢量传感器阵列对多目标的足够精度的分辨能力,在研究矢量传感器阵列目标估计基础上,首次在矢量传感器阵列处理领域将矢量阵波束形成与波束域目标估计算法结合起来,实现了高精度目标方位估计,与常规阵元域和波束域方法相比,提高了多目标估计性能,降低了输入信噪比门限,增大了阵列输出增益,减小了计算量.仿真验证了该算法的优越性.     

线阵相干源方位估计的波束域WSF算法实验验证

波束域加权子空间拟合（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｓｕｂｓｐａｃｅ ｆｉｔｔｉｎｇ－－ＷＳＦ）算法保留了阵元域ＷＳＦ算法最佳的目标方位估计性能,而其运算量则有所降低。本针对声呐系统中常用的线阵,通过计算机模拟实验和消声水池物理仿真实验研究了波束域ＷＳＦ算法解相干信源的性能。计算机模拟结果表明波束域ＷＳＦ算法可在低至－８ｄＢ的信噪比上分辨半常规束宽的强相关等功率信源,而水池实验则进一步表明算法可分辨不等功率     

一种基于波束域最大非冗余矩阵的四阶高分辨DOA估计算法

在非白噪声背景下,基于二阶统计量的高分辨方法性能较差。基于四阶累积量的高分辨方法能较好地抑制空间高斯噪声,但其运算量较大。文献[9]提出了一种基于四阶累积量的波束域MUSIC方法,降低了运算量,但其四阶累积量矩阵仍存在较多的冗余元素。为了进一步降低运算量,提出了一种波束域最大非冗余四阶累积量矩阵。仿真分析和实验结果表明,与波束域四阶累积量MUSIC方法相比,论文所提方法在保证估计性能的同时减小了运算量。     

基于四阶累积量的波束域MUSIC方法

在非白噪声背景下,基于二阶统计量的高分辨方法性能较差.基于四阶累积量的高分辨方法能较好地抑制空间高斯噪声,但其运算量较大.为了解决这一矛盾,文章提出了一种基于四阶累积量的波束域MUSIC方法.仿真分析和实验结果表明,与阵元域四阶累积量MUSIC方法相比,论文所提方法降低了分辨门限,减小了估计偏差和均方根误差,同时减小了运算量.     

矢量水听器阵波束域MVDR方法研究

矢量水听器可同时拾取声压和振速信息,成阵后水听器间的相移信息量增大.基于矢量水听器阵的波束形成性能明显由于单纯声压水听器阵.矢量水听器阵可用常规方法进行波束形成,但其方位分辨率有限.已经有人研究了矢量水听器阵的最小方差无失真响应波束形成算法(MVDR),但属于对阵元域信号进行的直接处理,运算量较大.本文提出一种基于矢量水听器阵的波束域MVDR算法(BMVDR).该算法首先将矢量水听器阵元的空间数据转换到波束空间,然后对转换后的数据再运用MVDR算法.结果,不但实现了降维处理,减小了运算量,同时可进一步抑制扫描扇面外的噪声.对BMVDR算法进行了仿真并与常规MVDR算法进行了比较.结果表明,本文方法可得到与常规MVDR算法相当的方位分辨能力.     

高阶声场传感器阵列超分辨方位估计方法研究

为了提高水声阵列在尺度受限情况下的方位估计性能,本文提出利用高阶声场传感器组成新型阵列的思路。高阶声场传感器基于相位模态理论,通过圆环孔径上多个声压传感器的接收信号提取高阶信息,从而以更简单易实现的物理结构获得与矢量传感器相似的多维信号结构,在此基础上构建高阶声场传感器阵列的信号模型,利用MUSIC方法进行超分辨方位估计性能的仿真分析,发现高阶声场传感器阵列能够获得比相同条件下矢量传感器阵列更好的方位估计精度和分辨能力。     

FFT宽带多波束形成器子带间波束指向偏差及波束“溢出”问题研究

对基于快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)的宽带多波束快速运算结构的基本原理进行了详细推导:首先分析指出了该结构存在子带间波束指向偏差以及子带波束"溢出"问题,进而导致其有效带宽受限;然后通过数学推导将问题聚焦于阵元个数与FFT点数的绑定关系上;最后通过采取"补零"手段解除该绑定关系,从而在消除子带波束指向偏差的同时克服了"溢出"现象对有效带宽的限制。该方法及相关结论对FFT宽带多波束形成算法在工程中的进一步应用起到了积极的推动作用。     

相干源盲分离及方位估计的算法研究

针对水声信号处理中常见的多途、相干信号的多目标分辨和方位估计问题,依据遗传算法突出的求解线性及非线性方程(组)数值解的优势,研究了相干信号的盲分离和方位估计方法.用"L"型阵列接收多个相干目标信号,在建立阵列流形和盲分离数学模型的基础上,利用复数遗传算法求解非线性方程组进行各相干目标源的分离,并利用阵型优势解决线列阵在方位估计上的左右舷模糊问题,对各相干目标源进行方位估计.MATLAB仿真试验表明:该分离算法能够快速收敛于全局最优解,成功实现相干信源的盲分离,最终实现多个相干目标的分辨及其方位估计.     

空气中任意阵列声被动定向模型的误差分析

针对空气中基于时延的任意阵列被动定向问题，提出了一种基于最小二乘法的统一模型，并对影响该模型定向精度的几种因素进行了深入的分析。由于可以用于任意结构阵形，该统一模型能够方便地分析阵元位置误差引起的定向误差，能够避免实际系统由于更换阵形而带来的较大的软件变化；并且，当实际阵列与设计模型存在较大误差时，可以方便地改变模型参数使其与实际的阵列匹配。对影响定向误差的各种因素的分析和计算机仿真，为确定和提高被动声定向的精度提供了有价值的参考。     

恒模信号波达方向和阵列天线互耦系数的联合估计算法

提出了1种针对恒模信号的波达方向和阵列天线互耦系数的联合估计算法。新算法不需要方位已知的辅助校正源,可以在线完成实际信源的方位估计。仿真结果证明了新算法的估计精度取决于信源的信噪比、方位组合和快拍数等因素。     

用子空间方法对拖线阵海试数据处理与分析

采用特征矢量（ＥＶ）法、ＭＵＳＩＣ法和ＥＳＰＲＩＴ等子空间方法，对拖线阵海试数据进行了处理研究，并和常规波束形成方法（Ｂａｒｔｌｅｔｔ法）、最大似然（ＭＬ）法进行了比较．通过拖线阵海试数据的处理，对应用子空间方法进行方位估计时所遇到的一些问题进行了研究．结果表明：子空间方法在水声中是一种具有应用前景的方法，尤其在短基阵就更具有优越性．     

动力学模型系统误差的随机加权估计

提出用新兴的随机加权估计算法对动力学模型系统误差进行估计,以控制动态模型噪声异常对状态参数估值的影响.该算法根据实际需要对动力学模型误差和状态预报值向量的协方差阵进行随机加权,以控制残差向量协方差阵和新息向量协方差阵的大小,削弱模型误差对状态参数向量的影响,提高动态导航解算的滤波精度.仿真结果表明,提出的随机加权估计算法的估计精度,明显优于经典Kalman滤波和抗差自适应Kalman滤波,能提高飞行器动态导航定位的精度.