耦合浅海声信道目标回波建模与检测性能分析

为提高浅海扩展目标回波检测性能,基于浅海声信道模型和多亮点模型,建立了耦合浅海声信道扩展目标回波模型,并基于副本相关积分(RCI)检测理论对浅海多亮点目标回波RCI检测进行了理论推导。采用带宽分别为50 Hz,100 Hz,500 Hz,1000 Hz的线性调频信号,仿真分析了不同浅海环境下的RCI检测性能。结果表明,海深、声呐深度、目标位置和波形带宽都会影响浅海目标回波扩展特性和RCI检测性能,合适的声呐深度和波形带宽有利于提高浅海扩展目标检测性能。

干扰背景非瑞利混响参数估计

提出了一种基于模糊统计归一化处理(FSNP)的K分布混响形状参数自适应估计方法。该方法首先对混响进行归一化处理,然后对不同归一化处理强度的处理数据进行形状参数估计,最后,取适中归一化处理强度数据形状参数估计值作为最终估计值。仿真结果表明,所提方法在参杂干扰背景和均匀背景下,都具有很好的参数估计性能。实测带宽4000 Hz声呐同区域混响参数估计结果显示,混响参杂强干扰时,所提方法形状参数估计值的最小值、最大值、标准差、极差分别为1.13,25.76,4.36,24.63,混响均匀时分别为2.54,20.78,3.84,18.24。相比于传统抑制干扰和均匀背景参数估计算法,无论是同区域参杂干扰混响,还是均匀混响,所提方法参数估计结果的标准差和极差都明显下降。

使用重加权原子范数最小化的稀疏可重构直线阵列设计

为克服网格失配问题并提升阵列性能,提出了使用重加权原子范数最小化的稀疏可重构直线阵列设计方法,将稀疏可重构直线阵列设计问题表示为多测量矢量稀疏优化模型,并通过重加权原子范数最小化算法解算出阵元位置和阵元激励。区别于经典压缩感知方法,该方法借助原子范数理论建立了阵元数量、阵元位置和阵元激励联合优化的无网格稀疏优化模型,从而可以克服网格失配问题,并提升阵列波束图的匹配精度。仿真实验表明,与压缩感知类方法相比,重加权原子范数最小化算法可以设计出波束匹配精度高一个数量级的稀疏可重构直线阵列。

声信号处理新进展

声信号处理新进展ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＡｃｏｕｓｔｉｃＳｉｇｎａｌＴｒｅａｔｍｅｎｔ￥／／侯朝焕（中国科学院声学研究所，研究员北京１０００８０）随着超大规模集成电路（ＶＬＳＩ）技术的发展，各种单片数字信号处理（ＤＳＰ）产品应运而生，并且朝着处理速度更高...

传感器阵列波束优化设计及应用

传感器阵列信号处理在声呐、雷达、无线通信、医学成像、地质勘探、射电天文学等多种领域具有广泛的应用。波束形成是阵列信号处理的一个非常重要的任务，其功能是进行空域滤波，增强从某特定方位或位置入射到基阵的信号，抑制其他方位或位置的干扰与噪声，提高信噪比，为后续信号检测与处理创造条件。

双重权自适应线谱增强器

为改善小信噪比输入和大权重数条件下的自适应线谱增强器(ALE)性能,本文提出双重权ALE,把大权重数的ALE化成两级小权重数的ALE。例如,可把1024个权重的ALE化成两级32个权重的ALE。由于每一级自适应这代均采用比较少的权重数,保证了误差平面具有较大的平均梯度,使收敛权重跳过误差平面上的局部极小点而达到最小点。最后,以非相关噪声中正弦波的检测为例,讨论双重权ALE的特性并进行计算机模拟实验。结果表明,双重权ALE较一般ALE有明显的优越性。

声信号处理新进展

本文从几个方面综述了声信号处理的新进展。数字信号处理技术已成功地发展了声信号处理。由于先进的声信号处理需要超高速的数字计算,阵列处理技术已成为声信号处理当前发展的主流。VLSI是数字信号处理的技术基础,而专用DSP芯片是实现新一代声信号处理集成系统的主要途径。

矩阵空域预滤波目标方位估计

提出了基于矩阵空域预滤波处理的目标方位估计新方法。通过设计一个空域的矩阵滤波器对传感器阵列数据进行矩阵处理,抑制阻带扇面的干扰与噪声,且尽量保证让通带扇面的信号无失真通过。由于该空域滤波器的输出仍为阵元域数据,因此可以很方便地在很多阵列信号处理算法之前通过增加空域预滤波处理来达到抑制空间干扰、提高系统处理能力的目的。文章通过目标方位估计的具体实例来说明矩阵空域预滤波处理对系统性能的改善作用。计算机仿真和实测数据处理结果表明,矩阵空域预滤波处理有效地抑制了空间干扰与噪声,提高了方位估计算法对感兴趣扇面目标的方位分辨与估计性能。此外,仿真结果表明采用分扇面空域预滤波处理方法,使基阵具有了分辨多于阵元数目信号源的能力。

基于凸优化的时域宽带旁瓣控制自适应波束形成

提出了基于凸优化的时域宽带旁瓣控制自适应波束形成方法。首先将基阵波束响应表达成一组FIR滤波器系数的线性函数,然后采用如下的优化准则来设计FIR滤波器组:在保证波束形成器对期望方向信号无失真输出且波束旁瓣低于设定值的条件下,使波束输出功率最小化。同时通过对滤波器系数的范数进行约束来保证波束形成器的稳健性。该波束形成器设计问题被表述成二阶锥规划的凸优化问题来求解。仿真结果验证了所提出方法的有效性。

语音系统中的子带自适应回声消除技术

提出了一种基于DFT调制滤波器组的子带自适应滤波回声消除技术,首先使用分析滤波器组将麦克风输入信号和扬声器输出信号分成若干个频(子)带,扬声器输出信号作为自适应滤波器的输入信号,估计回声反馈信号,并从子带麦克风输入信号中减去。在每个子带中,采用了归一化最小均方自适应算法,使得子带均方误差最小。子带自适应滤波器的阶数通常比全带自适应滤波器更小,而且子带收敛速度会有所提高,同时计算复杂度也大大减少。在实际语音处理实验中证明,这种方法是有效的。

一种基于高阶累积量的近场源距离、频率和方位联合估计算法

本文提出了一种基于高阶累积量的近场源距离、方位及频率三维参数联合估计方法,该方法利用构造的累积量矩阵的特征分解获得信号子空间,三维参数估计分别由构造的矩阵的特征值直接估计得到,算法计算简单而无需任何搜索且适于任意高斯噪声环境,与现有的方法相比,本文算法由于无需利用阵列的中心对称结构,因而有效的避免了阵列的孔径损失.最后,计算机仿真实验验证了算法的性能.

宽带波束域相干信号子空间高分辨方位估计

提出了宽带波束域相干信号子空间目标高分辨方位估计的频域处理与时域处理方法。分别设计出一组覆盖观察扇面的频域和时域低旁瓣恒定主瓣响应宽带波束形成器,然后对频域或时域波束形成器输出数据运用MUSIC方法估计目标方位。时域处理方法不需要进行频带分解,相对于频域处理需要较少的缓存和运算量。所提出的方法还可以在保证波束主瓣响应恒定的同时,通过在旁瓣区域形成期望宽度和深度的凹槽,用于抑制观察扇面外强干扰源。计算机仿真结果表明,本文的时域处理方法能够获得与本文频域处理方法相近的方位分辨与估计性能,它们都能够分辨相干信号源,且方位分辨与估计性能都高于已有方法。通过在干扰方位设计凹槽,较好地抑制了观察扇面外强干扰源,改善了对相干的弱信号源的方位分辨与估计性能。

从阵元域到模态域阵列信号处理

阐述了模态域阵列信号处理技术。以球面阵为例,从阵元域信号处理基础出发,推导了对应的模态域阵列信号处理表达式,其中重点推导了模态域波束形成器与时域宽带波束形成器设计及其实现方法,设计实例验证了方法的有效性。结果表明模态域处理与经典的阵元域处理具有相似的形式,因此可以将比较成熟的阵元域算法推广到模态域。相比于阵元域处理,模态域处理对声场传播与信号处理的结合更紧密,模态域波束形成具有能将波束导向与波束图综合解耦处理,以及减少信号处理通道数等优点。但模态域阵列信号处理技术适用范围也有限,仅适用于能够将声场进行谐波分解的阵形,如球面阵和圆柱阵等。

用于混响中信号检测的空时预白化处理器

提出了一种新型的空时预白化处理器用于抑制混响,它是基于二维自回归模型的。这种处理器将接收到的数据从空间和时间上联合进行处理,进而分离目标回波和混响。这种方法较传统的从空间和时间上分别进行处理的方法能够更有效的抑制混响。通过与传统的一维自回归预白化处理器相比较,使用空时预白化处理器后的检测效果提高了约9～11 dB。

一种基于部分ID的新型RFID安全隐私相互认证协议

在低成本电子标签中实现安全隐私功能是RFID研究领域需要解决的一项关键技术,该文采用部分ID,CRC校验以及ID动态更新的方法,提出一种新型RFID相互认证协议,该协议具有前向安全性,能够防止位置隐私攻击、重传攻击、窃听攻击和拒绝服务攻击,新协议有效地解决了RFID安全隐私问题,并且符合EPC Class1 Gen2标准,它的硬件复杂度较低,适用于低成本电子标签。

海洋环境噪声场中声压和质点振速的空间相干

研究海洋环境噪声场中声压和质点振速的三个正交分量间的空间相干。假定海洋介质水平分层,非相关偶极子噪声源均匀分布于海面,由射线声学理论出发,导出了计算噪声场中声压和质点振速的空间相干矩阵的积分表示式。积分式中的被积函数包含一噪声强度垂直指向性因子,海洋介质分层条件通过该指向性因子影响噪声场的空间相干。针对浅海和均匀半空间环境,给出了相应的空间相干计算结果,发现海洋水文和海底对噪声场中声压和质点振速空间相干的影响不可忽略。

基于匹配滤波和离散分数阶傅里叶变换的水下动目标LFM回波联合检测

匹配滤波器是高斯白噪声背景下LFM回波的最优检测器,并且根据匹配滤波器输出的峰值位置可以获得目标距离的估计。有色混响噪声背景以及目标径向速度造成的回波和样本失配都将导致匹配滤波器检测性能和测距精度下降。结合匹配滤波的定位特性和分数阶傅里叶变换对LFM信号的聚焦特性,该文提出基于匹配滤波和离散分数阶傅里叶变换的联合检测方法。仿真结果表明联合检测方法性能优于单匹配滤波器,并且可以获得目标径向速度的近似估计。

一种基于NSCT变换的超声图像降噪新算法

为有效抑制超声仪器成像中固有的斑点噪声,提出了一种基于非降采样Contourlet变换(nonsubsampled Contourlettransform,NSCT)域中边缘信号系数区提取和最小均方误差(minimum mean square error,MMSE)估计的超声图像的降噪算法。根据NSCT变换的细节信息刻画能力和平移不变性,对其各高频子带中系数进行分类,提取出边缘信号和平缓信号系数区;对超声图像的乘性斑点噪声进行推导研究,在边缘信号系数区和平缓信号系数区,根据各自噪声项的性质分别得出满足贝叶斯最小均方误差估计的降噪滤波方程;最后,对降噪后的系数进行NSCT反变换重建得到降噪图像。仿真图像和临床超声图像的实验结果证实,该算法与传统方法相比,不但能更有效地对斑点噪声进行抑制,也更好地保留了图像的细节信息。

可复用微处理器片上调试功能的设计与实现

为了方便软件与应用系统的开发与调试,提出一种可复用的微处理器片上调试方法.通过设计通用的调试指令集和增加调试模块,并扩展处理器内核功能,实现了断点设置与取消、内核运行的流水级精确控制、内核资源访问、任意程序段运行中特殊事件的统计等片上调试功能.该方法已在自主研发的SuperV_EF01DSP上实现.在CMOS 90nm工艺下的综合结果表明,新增的片上调试功能不影响SuperV_EF01DSP的关键路径时序,而芯片总面积仅增加了3.87%.