反卷积峰值能量检测算法

在被动声纳对宽带接收信号的处理过程中,常规波束形成器存在波束较宽,方向分辨率低,输出信噪比低等问题,进而导致信号源的方向估计不准确。论文针对常规波束形成器的上述问题,提出了反卷积峰值能量检测算法(Deconvolved Peak Energy Detection Method,DPED)。该算法通过对常规波束形成器的输出进行反卷积计算,提高了输出信噪比,优化了常规波束形成器的空间谱显示。文章讨论了反卷积波束形成的基本方法,给出了反卷积峰值能量检测算法的基本实现流程。通过仿真验证了该算法的有效性。

基于轴翻转教学模式的研究生批判性思维培育路径初探--以声纳阵列信号处理课程为例

为培育研究生批判性思维,可将通识教育与专业教育有效融合,这是军校研究生理技融合培养目标实现的有效途径之一。针对研究生批判性思维严重缺乏的问题,海军工程大学水声工程专业的声纳阵列信号处理课程采用轴翻转教学模式,以“能力—知识—应用—思维”为导向,以声纳装备技战术需求和现实不符为牵引,以高分辨、强稳健空时先进处理技术为主线,通过兴趣激发、使命学习等环节,进行渐进式教学内容规划、思维训练和面批考核,实现思维构建知识体系、智慧批判工程问题。教学效果的调查问卷结果表明:轴翻转教学模式充分激发了研究生的学习兴趣和主动性,86%的研究生对声纳使用暴露出的问题进行了有效批判。

直接数据域局域联合混响抑制方法研究

针对非平稳条件下混响抑制问题,提出一种可利用待测数据统计信息的直接数据域局域联合(D^3JDL)空时自适应方法。不同于级联方法,该方法没有独立运行直接数据域空时自适应和局域联合方法,仅在待测空时样本内用直接数据域空时自适应原理构造非期望数据矩阵,用于获取待测样本的统计信息,并作为局域联合方法的输入进行降维空时处理。由于D^3JDL方法不存在待测样本与学习样本之间统计特性失配的问题,且较好地利用了统计信息,因此具备良好的非平稳环境适应能力。仿真和实验数据处理结果表明,D^3JDL方法抗混响效果优于常规波束形成加匹配滤波处理和其它空时自适应处理方法。

加权直接数据域波束形成

为解决直接数据域(direct data domain,DDD)算法波束形成旁瓣电平高的问题,在约束优化的基础上提出了加权DDD波束形成算法。加权算法首先根据波束指向或者预成波束方向给出合适的主瓣宽度,然后在旁瓣区域约束最高旁瓣电平的高度,达到旁瓣抑制的效果。仿真分析了固定旁瓣电平变化主瓣宽度和固定主瓣宽度变化旁瓣电平两种约束优化形式。结果表明,加权DDD波束形成具有良好性能,能在预设主瓣宽度略宽于原波束主瓣宽度时,旁瓣电平能够满足预设要求。

基于二阶锥约束的方向不变恒定束宽波束形成

该文提出了基于2阶锥约束(SOCP)的方向不变恒定束宽波束形成算法。本算法的优化准则为在保证各个指向上设计波束的主瓣与相应的参考波束的主瓣之间的均方误差最小的条件下,使设计波束旁瓣级尽量低。该约束优化可转化为标准2阶锥形式,采用优化工具箱SeDuMi实现。仿真计算表明,新算法能够在主波束指向±60o范围内得到良好的方向不变恒定束宽波束图。

旁瓣约束方向不变恒定束宽波束自适应综合

将自适应加权方法应用于波束图的主瓣控制研究,提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。在波束图旁瓣区域引入若干虚拟干扰源,自适应调整干扰强度,改变波束形状。以主瓣某一指向的波束宽度为参考,以每次迭代后波束图最低旁瓣峰值与主瓣峰值的差作为下次迭代运算的预设主旁瓣比,在保持主瓣区域宽度不变的情况下,用自适应综合的方法获得不同主瓣指向上的最低均匀旁瓣。将该算法应用于均匀线阵和半球面阵,均在±60°的范围内得到了方向不变恒定束宽波束。研究表明,该算法不仅适用于均匀线列阵,也可用于任意结构阵列。

方向不变恒定束宽波束图数值综合

该文提出了方向不变恒定束宽波束形成算法。该算法在主瓣控制思想的基础上,以某一指向上的波束主瓣为参考主瓣,用平移参考主瓣的方式构造主瓣位置能随波束指向变化的参考波束,旁瓣高度采用自适应方式调整。在整个观察区域内设置若干虚拟干扰源,用迭代方式不断调整干扰源强度,使任意波束指向上的波束主瓣都与相应的参考波束主瓣吻合,最终获取方向不变恒定束宽波束图。仿真实验表明,该算法能够在主波束指向±60o范围内形成有效的恒定束宽波束。

任意阵型直接数据域算法

提出了一种适用于任意阵形的直接数据域算法,解决了直接数据域算法在声纳、雷达的非均匀阵列上难以适用的问题。任意阵形直接数据域算法基于单快拍数据,利用不同阵形相邻阵元间可变的相位差进行运算,构造数据矩阵,并加以适当约束,解算出降维后阵列权值,用于波束形成。仿真计算表明:任意阵形直接数据域算法与原直接数据域算法在均匀线阵条件下性能是等同的,而在非均匀阵列条件下,前者性能明显好于后者,即上述对比表明了直接数据域算法的有效性。

可变等效孔径直接数据域方法

针对直接数据域（DDD）算法具有孔径损失的局限，提出了一种孔径扩展算法。新算法首先利用单快拍数据在不同阵元间的相位关系构造一个循环矩阵，然后通过不同的截取方式获得不同的孔径扩展效果。仿真计算表明，扩展后的孔径介于阵列原始孔径的2／3～1之间。

初相未知信号联合检测与估计的序贯实现

在未知参数的充分统计量和再生概率密度函数的基础上,引入了联合检测与估计的序贯算法,给出了算法的实现框图,并将该算法应用于高斯噪声中初相位未知信号的联合检测与估计当中.仿真实验表明,新算法较传统算法有一定的性能改善.

任意形状旁瓣波束形成技术研究

在自适应零陷形成的基础上,提出了一种自适应加权算法,用于任意阵型阵列构成具有任意形状旁瓣的波束图,并考虑基元方向性对波束图的影响.给出了实现自适应加权算法的三个步骤,预先设定所需旁瓣形状及旁瓣级,采用循环,最终使旁瓣与预设形状吻合.将该算法用于均匀线阵和抛物线阵,均得到期望的结果,并与道夫-切比雪夫加权作了相应比较.研究表明,基元的方向性对该算法波束形成的影响很小,新算法可以消除基元宽带方向性对波束的影响.

直接数据域的相位匹配回波检测

提出了一种利用相位匹配直接提取接收数据中的目标回波以进行主动声纳混响抑制、回波检测的新方法。该方法首先构造子阵化的直接数据域波束形成,得到期望信号方向的若干波束输出序列;然后利用序列中信号相位与目标方位的依从性,直接解算出回波序列;再通过设计对应的检测量进行目标检测。区别于传统相关接收和空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)的方法,该方法无需考虑混响与信号的相关性和统计特性。通过试验分析,新方法较传统方法具备更好的检测性能。

虚拟信源直接数据域高分辨算法

目标高分辨算法的性能优劣直接影响声纳、雷达的目标感知能力。考虑基于空间平滑思想的直接数据域算法,在干扰方向产生稳定的零陷。虚拟出期望信号并加入到接收数据中,将实际目标当作干扰,通过直接数据域自适应的方法在实际目标方向产生零陷：在波束图的左半部分适当位置虚拟一个期望信号,得到0°~90°的零陷分布图,在右半部分适当位置虚拟一个期望信号,得到90°~0°的零陷分布图,将这两部分零陷图组合后,取倒数得到实际功率谱图。该方法可以在单快拍、未知目标信号先验信息的情况下得到稳定、高分辨力的目标方位估计,并能够处理相干信号。仿真分析验证了算法的正确性和良好性能。

基于充分统计量的先验概率更新算法

本文介绍了未知参数充分统计量的定义及简易判别方法——因子分解定理，给出了运用充分统计量进行先验概率更新的过程，并针对两种不同的情况作了分析比较。实验表明：采用充分统计量，能使先验概率更好更快地趋近于真值。

主动声呐混响抑制的空时相三维处理方法

针对主动声呐的混响抑制问题,该文将空时2维的处理方法扩展到空、时、相3个维度。该方法通过3个子阵的相位匹配,利用信号相位对信号方位的依从性,从波束域、多普勒域和相位域上分离混响与目标。区别于空时自适应处理(STAP)方法,它不需要知道信号与混响的统计特性,不用进行混响协方差矩阵的估计,从而对混响的非平稳性具有更好的适应性。仿真数据及试验数据的分析证明,该方法较之传统方法能够从更低信混比中检测出目标。

时空相关矩阵联合对角化对谱分辨的影响

采用基于Jacobi算法的矩阵联合对角化方法对阵列接收数据的空时相关矩阵进行联合对角化,能够获取关于目标方位的尽可能多的信息,即空时相关矩阵"平均"特征值和特征向量,将这些平均值应用于Capon提出的最小方差无畸变响应(MVDR)空间谱估计算法,得到修正MVDR算法。由于修正MVDR算法充分利用了目标方位信息,且不需要信号源数目的先验信息,所以,其性能优于MVDR算法和MUSIC算法。仿真试验表明,在信号源相关程度比较高的情况下,修正MVSDR算法不需要信源数目的先验信息,仍能分辨出信号方位,其性能明显优于MUSIC算法,特别是当信源数目欠估计时,而其他基于子空间的算法得不出任何有意义的结果。修正MVDR算法空时相关矩阵联合对角化能提高空间谱的分辨能力,在一定程度上增加算法的稳健性。

方位未知信号联合检测与估计研究

为解决高斯噪声中方位未知平面波信号的检测及方位估计这一无源雷达信号处理中的重要问题,在讨论联合检测与估计序贯实现的基础上,设计远场平面波信号入射方位(DOA)的充分统计量,构造自然共轭密度函数族,并将其运用到序贯算法中。仿真实验表明,联合检测与估计序贯算法较传统的检测与估计分离算法在检测性能上有2 dB的改善。

多重子阵回波提取与检测方法

针对主动声呐目标检测的问题,提出了一种先提取目标回波、再加以检测的方法.构造若干相互重叠的子阵,利用子阵的波束输出提取目标回波的时间序列;运用空时二维数学量度量提取序列与理想回波序列的差异,从而实现目标的检测.区别于传统相关接收、相干累加、滤波等方法,此种解析计算的方式无需混响与信号的统计特性.通过仿真数据与实验数据的处理证明了该方法的有效性.

基于分裂阵配置的旁瓣抑制方法

常规波束形成技术因原理简单、稳健性好,在被动声呐工程实践中被广泛应用,但其测向精度低且多级旁瓣在探测中会产生虚警.采用相位干涉仪先粗测再精测和相位单元化筛选能量的思想,提出基于不同分裂阵配置的方法实现对目标的高精度、低虚警探测.海上试验数据的实际运用结果表明,本文方法可消除旁瓣干扰,噪声背景级相较常规波束形成技术降低至少5dB.该方法可用于被动均匀线列阵,对雷达和主动声呐的空间谱构建也有一定借鉴意义.

低频弱目标检测方法研究

低频工作状态的声纳波束指向性模糊、噪声干扰背景强,致使探测中空间分辨力差、弱目标易被噪声掩盖。因此,针对突破瑞利限、抑制干扰的需求,运用对空间指向更敏感的方位检测来解决该问题。理论推导了任意阵型下窄带信号的方位概率密度函数,数值分析了均匀线列阵方位检测的虚警概率和检测概率。海上试验数据的实际运用结果表明:该检测方法具备波束超分辨能力、对低频高噪声抑制效果明显,有利于发现低频弱目标,具有较高的实用价值。