基于多重信号分类法的一种声矢量阵方位估计算法

为了提高声矢量阵高分辨方位估计的性能,文中提出了一种矢量阵MUSIC方位估计算法。该算法先构造声矢量阵声压和振速组合输出的互协方差矩阵,然后进行MUSIC方位估计。理论分析和计算机仿真表明,文中算法比传统声矢量阵MUSIC方位估计算法有更好的双目标分辨能力和弱目标方位估计能力,湖试结果也表明文中算法有更好的目标方位估计性能。该算法基于矢量传感器声压和振速的相干性原理,充分利用声压振速组合指向性抗干扰能力,可以更好地抑制各向同性干扰,提高阵列的处理增益,从而有更好的方位估计性能。

声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法

和阵元域处理相比,波束域处理具有计算量小,分辨信噪比门限低的优点.同时,声矢量传感器拾取了更多的声场信息,联合处理这些信息可以提高声呐的性能.把声压阵的波束域高分辨算法的思想和相干子空间方法(CSM)的思想引入到声矢量阵列信号处理,在MichaelZoltowsk提出的矢量阵的数学模型的基础上推导出了声矢量阵波束域宽带聚焦MUSIC算法,并作了计算机仿真研究.仿真的结果表明:基于矢量阵的波束域宽带聚焦MUSIC算法无论是在分辨信噪比门限还是在角度分辨能力上都要优于声压阵波束域宽带聚焦MUSIC算法,而二者的计算量相当.和矢量阵阵元域宽带聚焦MUSIC算法相比,矢量阵波束域处理的计算量要远远小于阵元域处理.

声矢量阵阵元姿态误差自校正算法研究

在实际情况下,声矢量阵存在阵元姿态误差。为充分认知阵元姿态误差,分析阵元姿态误差对声矢量阵波束图的影响。针对有源校正算法受限于实际的工作环境,提出了一种声矢量阵阵元姿态误差自校正算法。该算法通过非线性迭代使目标函数最小化,从而实现阵元姿态误差参数和信源波达方向(DOA)的联合估计。大量计算机仿真结果表明,该自校正算法具有良好的参数估计及快速收敛性能。

声矢量阵自适应波束域广义似然比检测算法

为了解决水下强干扰背景下的远程弱目标被动探测问题,基于声矢量阵,本文提出了一种自适应波束域的检测算法.该算法首先对阵列接收数据进行波束域变换,令通带覆盖整个观测扇面,并自适应地抑制扇面外的强干扰信号;然后在波束域进行广义似然比检测.仿真结果表明,该算法能在强干扰背景下实现对远程弱目标的检测,并且具有恒虚警率特性.

声矢量阵阵元位置及幅相误差有源校正算法

针对声矢量阵幅相误差及阵元位置误差校正问题,基于特征分解法,提出一种简单实用的有源校正算法。该方法需要合作信源的至少3个方位信息,根据声矢量阵的通道特征,利用特征分解法构造矩阵方程组,通过矩阵运算得到声矢量阵阵元位置和幅相误差参数,从而实现对声矢量阵的校正。大量计算机仿真表明该校正算法具有良好的声矢量阵阵列误差参数估计性能。

基于多级维纳滤波器的声矢量阵空间谱估计算法

针对传统的声矢量阵高分辨空间谱估计(来波方向估计)算法运算量大、不易于工程实现的问题,提出一种基于多级维纳滤波器(MSWF)的声矢量阵快速来波方向估计算法,即V-MSWF算法,选取声矢量阵参考阵元声压通道的输出作为期望信号,通过MSWF的递推运算得到信号子空间。通过计算机仿真及消声水池实验对V-MSWF算法的性能进行了验证。结果表明,V-MSWF算法无需计算阵列协方差矩阵及特征值分解运算,在高信噪比条件下,具有良好的来波方向估计性能。

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。

声矢量阵目标估计的新方法

矢量传感器的阵信号处理是研究矢量阵工程化应用的重要内容,但其运算量大。针对这一问题,提出了一种矢量阵的改进MMUSIC算法,该方法将维纳滤波引入到MMUSIC算法中,避免了矩阵的特征值分解,降低了运算量。采用矢量传感器均匀线阵研究该算法的性能,进行了仿真研究和实验验证。计算机仿真和实验结果表明:提出的算法可以清晰分辨相干信号,其性能优于MMUSIC算法,从而验证了该算法的有效性和可行性。

声矢量阵导向最小方差波束形成算法研究

为了克服声压阵导向最小方差波束形成算法方位估计的左右模糊问题,提出了声矢量阵导向最小方差波束形成算法,指出了矢量阵导向矩阵与声压阵导向矩阵之间的关系.通过声压阵导向矩阵与单位矩阵的Kronecker积得到矢量阵的导向矩阵,从而使不同频率的矢量阵互谱密度矩阵聚焦.计算机仿真和海试实验证明与声压阵导向最小方差波束形成相比,矢量阵导向最小方差波束形成具有更好的方位分辨力且无左右模糊,并可以空间欠采样而不出现栅瓣.针对带宽内信噪比随频率变化的情况,用各频率的信噪比对导向协方差矩阵进行加权,改进了空间谱估计性能.

声矢量阵快速子空间方位估计算法

针对声矢量阵高分辨方位估计算法运算量大的问题,基于声压振速联合信息处理,提出了一种快速的声矢量阵高分辨方位估计算法.该算法选择参考阵元的电子旋转矢量作为期望信号,运用多级维纳滤波器(MSWF)对信号子空间进行快速估计,不需要计算声矢量阵的互协方差矩阵,不用进行特征值分解,从而大大缩减了计算量.另外,该算法基于矢量传感器声压与振速的相干性原理,充分利用了声压振速组合抗干扰能力,有效抑制了各向同性噪声.理论分析和计算机仿真表明,该算法在拥有良好DOA估计性能的同时,大大减小计算量.

声矢量阵张量分解MUSIC算法

矢量水听器同时、共点测量声场中的声压和振速分量,因此相对于声压水听器能够获取更多的声场信息,多重信号分类算法(MUSIC)是一种具有高分辨能力的方位估计算法,本文对声矢量阵接收信号三阶张量建模,并通过高阶奇异值分解得到信号张量子空间,从而结合MUSIC算法对声源进行方位估计。基于三阶张量奇异值分解得到的信号子空间相比于传统的矩阵奇异值分解得到的信号子空间能够更好地抑制噪声,并且体现了多维数据之间的关联关系,因此方位估计精度更高。计算机仿真结果表明:矢量阵张量分解MUSIC算法性能优于传统矢量阵MUSIC方法。

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。

四元数模型声矢量阵子空间旋转不变方位估计

传统的声矢量阵子空间旋转不变(ESPRIT)方位估计算法没有利用矢量水听器各输出分量之间的正交特性,对相关声源的估计精度和分辨能力较差,针对此问题,提出了一种基于四元数的二维声矢量阵EP-SIRT算法。首先将矢量水听器的声压和振速输出表示为四元数形式;然后将传统的ESPRIT算法推广至四元数数域,得到目标的方位估计结果。对算法的运算量和方位估计性能进行的仿真说明:与传统的EPSIRT算法相比,四元数域EPSIRT算法运算复杂度更低,对相干信号的估计精度和空间分辨能力更强。

基于声矢量阵的宽带波束域高分辨方位估计

宽带信号波束域处理是实现水下目标高分辨方位估计的重要途径,它相对阵元域具有运算量小、分辨信噪比门限低以及角度分辨力高的优点。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。因此通过均匀声矢量阵运用MUSIC算法对宽带信号源波束域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。

声矢量阵宽带恒定束宽波束形成技术研究

基于声矢量阵提出了一种宽带恒定束宽波束形成方法,该方法将宽带方位估计中的空间重采样思想应用到恒定束宽波束形成器设计之中,并通过计算机仿真实现了宽频范围内-3dB主瓣宽度的恒定,这对于进一步研究声矢量阵宽带波束域高分辨方位估计技术是十分重要的。

声矢量阵降维平行因子模型及方位估计方法

针对原有的声矢量阵三阶PARAFAC(平行因子)模型维数高、参数求解过程运算量大的缺点,建立了一种降维的PARAFAC模型。将声矢量阵看作空间共点的声压传感器子阵和振速传感器子阵,计算各子阵输出数据的自协方差,并构造了三阶张量,最后证明该张量满足三阶PARAFAC模型并利用交替迭代算法估计声源参数。仿真和实测数据表明:该方法可以用于多目标方位估计且估计精度优于超分辨率的ESPRIT算法。

基于遗传算法的声矢量阵虚拟阵元波束形成

遗传算法在声源方位估计中的应用已有很深入的研究,然而在实际的工程应用中,阵元数量及如何用较少的阵元数得到较好的波束性能一直是人们所关心的问题。本文利用遗传算法及声矢量阵P-V互谱的抗噪能力,给出了基于遗传算法的声矢量阵虚拟阵元波束形成方法。根据实际阵元接收的数据,估计虚拟阵元上的接收数据,使基阵孔径在虚拟意义上得到扩大,从而实现高指向性窄波束。计算机仿真和湖试实验数据处理结果表明,虚拟后比虚拟前波束宽度锐化了21°左右。

一种声矢量阵最小方差无畸变方位估计算法

针对声矢量阵最小方差无畸变(AVAMVDR)算法,综合考虑角度分辨与单边指向特性,提出一种改进的AVAMVDR(IAVAMVDR)方位估计算法。从空间功率与子空间分解两方面分析了传统AVAMVDR算法特性;利用解析振速与声压-振速抑制各向同性噪声能力,介绍两种协方差矩阵构造方法,并在此基础上实现目标方位估计。理论分析表明,IAVAMVDR算法有效减小了信号子空间影响,使得主瓣更窄、旁瓣更低,并具有一定的抗左右舷模糊能力;仿真与实测数据均证明了该算法的有效性。

一种新的声矢量阵远程ESPRIT方位估计算法

为解决水下目标远程高分辨定向问题,文章提出了一种新的声矢量阵ESPRIT方位估计算法.与现有的将声矢量传感器(AVS)的振速信息作为独立阵元来处理的声矢量阵方位估计算法不同,新算法完全基于声压与振速联合信息处理,充分利用了声矢量阵(AVSA)中声压与振速的相干性原理,能更好地将ESPRIT算法的高分辨能力与AVSA的抗噪能力有机地结合起来,实现远程、高分辨方位估计.理论分析和基于湖试背景噪声的仿真实验证明了新算法的有效性.

交叉验证多路径匹配追踪水声矢量阵稀疏方位估计

水下运动目标的高分辨DOA估计和目标的左右舷分辨问题一直是水声阵列信号处理中的一个核心问题。矢量阵相比于声压阵具有天然的左右舷分辨能力和更高的处理增益,近年来得到了广泛关注。Capon等一些传统高分辨处理方法存在不能解相干源、需要多快拍处理以及对阵列流行误差敏感等多种问题。针对水声阵列信号处理领域面临的以上问题,利用声呐工作场景中空间目标的稀疏性,本文提出了一种基于交叉验证技术的多路径匹配追踪(Multiplepath Matching Pursuit with Cross Validation,CV-MMP)声矢量阵稀疏DOA估计算法。该算法采用交叉验证技术可以在未知场景中目标个数的条件下实现稀疏DOA的估计,相比于常规的声矢量阵Capon算法而言,可以在小快拍数甚至单快拍数条件下实现多目标的稀疏DOA估计以及高分辨能力。仿真和海试试验数据处理验证了提出的算法的有效性。