色噪声背景下基于特征空间的信源估计新方法

准确估计信源数目是很多高分辨算法得以实现的前提条件。传统的信源估计方法大多是在白噪声背景下,以数据协方差矩阵的特征值序列作为研究对象,按照某种标准设定门限来进行判决估计信源数目。而在实际情况中白噪声很难满足,从降一维特征空间的投影矩阵角度出发,获得数据协方差矩阵的局部数据的投影差值序列,从而有效避开了噪声主要能量的影响,对空间色噪声也有一定的抑制效果。仿真结果表明在色噪声背景下,利用该方法可以在多信源情况下准确估计信源数目。

基于二维压差式矢量水听器源估计误差分析

由于组成二维压差式矢量水听器的4阵元间的幅频和相频响应不一致造成了其运用声能流进行方位估计时会产生误差,而这一误差大小对二维压差式矢量水听器的制作和实际工程有很重要的意义。因此将针对二维压差式矢量水听器声能流方位估计误差进行了推导和分析。文章主要分为以下4个部分:①二维压差式矢量水听器的结构;②声能流方位估计的原理;③分析了由于组成二维压差式矢量水听器的各声压水听器不一致导致的方位估计误差;④对信号方位角度为30°时,在不同信噪比条件,4声压水听器不一致情况进行了方位估计误差仿真。文中给出了仿真结果。仿真结果表明在相同信噪比条件下,由于相位偏差对压差式矢量水听器方位估计产生误差远大于由于幅度偏差而产生的方位估计误差。

二层架构的无线传感器网络的二进制源估计

针对传统源估计方案不易于扩展至大量传感器问题,首先提出了基于两层WSN的新迭代译码DJSCC方案,其具有低复杂性和高可扩展性。该方案使用每集群的两个sink节点提供差分空时分组编码(DSTBC),其易于扩展到大量传感器,适合间接源观测应用,还适用于时变观测精度模型。通过对BER性能上限的分析,建立了系统模型,并进行了系统仿真。仿真结果表明:a)与基本解码方案相比,该方案算法的BER系统性能提高了1～4 dB;b)利用DSTBC的每群集的辅助sink节点,不但增加了在失败情况下的系统可靠性,而且也提高了整个系统的BER性能约2～3 dB。

浅海中运动声源径向速度与距离的无源估计

针对浅海波导中声源距离的无源估计问题,提出了一种环境参数和声场模型无关的、不依赖于引导声源的运动声源径向速度以及距离估计方法。该方法首先通过双水听器低频声场强度距离波数谱变换(R-K)的相位差获得干涉简正波水平波数,对水平波数轴定标来估计运动声源的径向速度。进一步地,对接收信号自相关函数进行WARPING变换得到运动声源距离的无源估计。对于反射类简正波为主的声场,在某一假定距离下根据某两时刻接收信号WARPING变换后干涉简正波谱峰频率与假定距离的关系估计距离;对于反射类或折射类简正波为主的声场,根据两个时刻接收信号的β-WARPING变换后干涉简正波的脉冲时延估计距离的值。数值仿真分析了等声速、负梯度以及温跃层3种水文环境下的噪声以及环境宽容性,结果表明径向速度与距离的估计不依赖于环境参数。利用2005年北黄海实验数据验证了方法的可行性,径向速度与距离的估计值与实际值符合良好。

基于高分辨信源估计的机载前视阵列雷达三维成像方法

结合阵列信号的信源数和波达方向估计技术,本文提出了一种适用于机载前视阵列雷达的三维成像方法.在前视阵列二维成像基础上,该方法首先对多个连续观测图像进行预处理,将脉冲阵列信号近似表示为多个正弦信号的和,然后利用阵列信号高分辨技术估计正弦信号的个数和频率,进而最后确定对应散射体的位置和幅度以实现三维成像.与传统三维匹配滤波成像方法不同,该方法利用宽带信号的匹配滤波实现沿航向的高分辨,利用多个连续观测图像构成的阵列信号实现高度向的高分辨;而且,由于仅需要几十个脉冲回波,该方法对载机飞行轨迹限制相对较少,载机可以实施相对灵活的机动飞行.与干涉测高三维成像方法相比,即使有多个散射体投影到同一个像素中,该方法也可以检测并分别恢复出每个散射体.另外,该方法利用待检测像素的数据直接估计杂波相关矩阵,在杂波严重非平稳情况下也能有效地实现三维成像.

欠定盲源分离与信号源估计方法研究

近年来,盲源分离算法研究主要集中在两个方面,混合矩阵估计和源信号个数估计,本文基于理论研究提出了一种盲源分离算法,以语音信号为例,本文采用STFT将语音信号转换到时频域进行分析.基于现实中很多语音数据通常是高度混叠的信号,所以需要去燥降低信号噪声对混合矩阵和源个数估计的影响.为了抑制噪声对检测自动源TF点的影响,提出了一种通过使用STFT的主成分分析（PCA）来检测源的自动定位的方法.另外,基于子空间投影和聚类方法,提出了一种估计混合矩阵的有效方法,使用自动谱聚类方法实现对源个数的估计.

基于噪声源估计的电机故障诊断研究

介绍了声音阵列采集信号模型,结合盖氏圆源数估计、MUSIC谱算法分析,提出通过麦克风阵列采集电机噪声数据,并对电机故障进行诊断的新方法。通过收集故障电机发出的噪声数据,利用Matlab软件进行数据处理,最后成功地对故障电机给出正确诊断。

动态变化混叠模型下盲源分离中的源数估计

在进行欠定盲分离时,特别是对于源信号数目及混合矩阵动态变化的情况,常规的欠定盲分离及源数估计方法不能对源信号数目的变化时刻做出判断,因此很难实现动态变化的源信号数目实时和准确的估计。针对这个问题,提出了一种动态变化混叠模型下欠定盲源分离中的源数估计方法。首先,建立动态变化混叠情形下盲源分离的数学模型及动态标识矩阵。其次,基于构建的动态标识矩阵统计和判断动态源信号数目的变化情况。最后,通过分段时间内多维观测矢量采样点聚类区间局部峰值统计,实现动态变化混叠模型下盲源分离中的源信号数目的有效估计。仿真结果表明,该方法能有效实现动态变化混叠模型下欠定盲源分离中的源数估计,并且信号估计效果良好。

基于压缩感知的被动雷达导引头信源数估计方法

随着雷达反摧毁技术的发展,被动雷达导引头面临着在雷达和诱饵形成的不完全重合信号中进行超分辨测向的挑战,需要单快拍测向技术。现有测向技术大多假设信源数已知,而传统的信源数估计方法在单快拍时性能大幅下降甚至失效。为解决这一问题,提出了一种基于压缩感知的单快拍信源数估计方法。该方法首先将被动雷达导引头阵列测向模型稀疏表示,其次通过子空间算法和压缩感知算法相结合进行降阶和解相干处理,然后提出一种改进的正交匹配追踪算法,研究残差的变化规律,最后构造目标函数估计信源数。仿真实验表明,该方法在单快拍、阵元数少、信号相干的极端情况下估计成功率较高。

搜索域维度扩展稳健匹配场声源辐射功率估计

与传统声源辐射功率估计方法相比,匹配场声源辐射功率估计方法能获得更准确的估计结果,但环境失配对其性能影响较大。针对这一问题,提出一种搜索域维度扩展稳健匹配场声源辐射功率估计方法。定义环境失配影响因子,量化表示环境失配对信道传递函数和匹配场声源辐射功率估计方法的影响,确定提升环境失配稳健性的关键在于准确估计信道传递函数。传统匹配场声源辐射功率估计方法中信道传递函数搜索域是一个距离-深度二维平面,环境失配时,其中必然不包含真实信道传递函数,因此信道传递函数估计结果与真实信道传递函数也必然存在偏差。文中提出的搜索域维度扩展稳健匹配场声源辐射功率估计方法将信道传递函数搜索域扩展为距离、深度和不确定参数组构成的三维搜索空间,将真实信道传递函数包含在搜索域中,使得最优备选信道传递函数等于真实信道传递函数。随后构造三维搜索空间的目标函数,目标函数的绝对值越小,备选信道传递函数与真实信道传递函数偏差越小。使用目标函数绝对值取最小值时对应的备选信道传递函数可以更准确地估计声源辐射功率,仿真验证了理论分析的结果。

基于源数估计的机械源信号盲分离方法研究

传统的机械源分离方法往往事先假设源信号的个数已知,否则无法进行机械源信号分离。然而,在实际中源信号的个数往往是是未知的。针对此不足,结合变分贝叶斯独立变量分析和自相关测定,提出一种机械源数的最佳估计方法,它是通过比较不同模型的信度来确定出信源的个数。仿真和实验结果表明该方法是有效的,并具有很好的鲁棒性。

基于改进式特征值二次对角加载的信源数估计方法

针对应用阵列天线进行信号接收时的信源数估计问题,提出一种基于改进式特征值二次对角加载的信源数估计方法。对天线阵列观测信号协方差矩阵进行特征值分解;对特征值进行一次对角加载,对角加载量取所有特征值的几何平均值,将原始特征值与对角加载值相加,取代原始特征值;重新计算特征值对角加载量,并进行二次对角加载,使加载后的特征值满足噪声特征值的最大最小值之比不超过2的条件,在此基础上,使用信息论准则类方法和随机矩阵理论类方法实现信源数的估计。仿真实验结果表明,该信源数估计方法具有可行性。

鲸鱼优化算法下气体泄漏源波达方向估计法

为减小压力容器气体泄漏实时位置估算误差,准确监测容器工况,首先,从声学监测角度提出一种引入鲸鱼优化算法(WOA)的泄漏源估计方法,采用波达方向(DOA)估计法预测气体泄漏位置方向,获得泄漏源角坐标;然后,引入WOA自适应选择方法分解DOA的特征值,多次迭代得到最精确的泄漏位置;最后,以某化工厂中压力容器数据为实际算例,比较基于WOA的气体泄漏源估计结果。结果表明:该方法可以实现压力容器泄漏精确定位,通过仿真性能曲线可直观地看出,相比于传统DOA方法及基于其他仿生智能算法的DOA方法,该方法鲁棒性和抗噪性能更好,且定位准确率高达95%,节省时间消耗达92.2%,可增强工程应用实时性。

基于特征波束形成的强弱信号波达方向与信源数估计方法

该文针对强弱信号并存时信源数和弱信号波达方向难以准确估计的问题,提出了一种基于特征波束形成的强弱信号波达方向与信源数同时估计方法。首先估计空域协方差矩阵,对其特征分解后按特征值从大到小调整特征矢量;然后从第1个特征矢量开始,由提出的估计式得到各特征波束的空间谱;最后,通过计算各空间谱的最大值与旁瓣谱峰平均值的比例判断有无信源,最大谱峰对应的角度即为该信源的波达方向估计。与RELAX和JJM方法相比,所提方法无需迭代步骤,无需强信号波达方向精确的先验知识,具有运算量小和弱信号估计精度高的优点,仿真和实测数据处理结果证明了方法的有效性和优越性。

基于EMD-SVD-BIC的机械振动源数估计方法

提出了一种复合EMD-SVD-BIC(经验模态分解,empirical mode decomposition,简称EMD;奇异值分解,singular value decomposition,简称SVD;贝叶斯信息准则,bayesian information criterion,简称BIC)的机械振动源信号数量估计方法,解决卷积混合的机械振动源在观测数小于振动源数情况下的源数估计问题。应用EMD方法获得信号的本征模函数,对两观测信号的本征模函数复合矩阵的相关矩阵进行奇异值分解,获得反映源数信息的特征值分布;再采用BIC信息准则,判断源信号的数目。仿真和试验结果表明,该方法可以在观测数小于振动源数的情况下正确获取信号源数,为机械振动故障诊断中的振动源分析及其源信号的正确分离提供了方法保障。

基于信息论准则的信源个数估计算法改进

基于信息论准则(AIC准则,MDL准则)的信源数估计算法及其改进算法在低快怕数和低信噪比情况下大多得不到较好的估计性能。从最基本的MDL准则出发,充分考虑AIC准则与MDL准则估计的优缺点,通过引入影响因子对准则的代价函数进行改进,这样的改进在低快怕数与低信噪比下都能得到较好的估计性能,且具有估计一致性、算法复杂度低等优点。仿真试验验证了该改进算法的有效性。

一种未知信源数的高分辨DOA估计算法

众多性能优良的超分辨波达方向(DOA)估计算法通常需要预先判定信源数目,然而,现有的信源数估计算法在有限采样快拍条件下,估计性能随着信噪比的降低而下降,错误概率也相应增加,最终导致DOA估计失败。该文提出一种超分辨的DOA估计算法,此算法不需要预判信源个数和进行特征值分解,同时在时变环境中,针对快拍数较少的情况下,依然保持较高的角度分辨能力,可以被认为是综合了Capon法和MUSIC法的优点。通过对实验数据和实测数据的计算机仿真及性能分析可得,与传统算法相比较,该算法有很好的鲁棒性和可行性。

利用数据最小冗余拟合的信源数估计方法

针对低信噪比和小样本条件下难以正确估计信源数目问题,提出利用数据最小冗余拟合检测的信源数估计新方法.该方法首先采用子空间跟踪算法估计训练样本集的一维噪声子空间,然后根据对噪声子空间的谱峰搜索结果构造出信号的冗余阵列流形,最后通过检测该流形对阵列数据的最小冗余表示来估计信源数.仿真试验检验了所提方法的有效性.

基于去特征处理的信源数估计算法

在实际测向系统中,由于阵列中各阵元的相互干扰,阵列接收的噪声为空域相关色噪声,由于系统热噪声和散弹噪声的存在,导致阵列接收的噪声同时包含空域相关色噪声与白噪声。传统针对空域相关色噪声的信源数估计算法在白噪声背景下的估计性能往往下降。针对这一问题,提出了一种基于去特征处理的信源数估计方法。该方法对数据协方差矩阵进行去特征处理,得到一组与特征值相对应的新数据协方差矩阵,利用新数据协方差矩阵在信号和噪声子空间上的投影矩阵构造判决函数,进而实现信源数估计。仿真实验及对比数据表明该方法在包含有白噪声成分的色噪声背景下能够有效进行信源数估计,其突出优势表现在小快拍数、低信噪比条件下仍能准确估计信源数,而没有明显增加算法的运算量。

信源个数估计的空间平滑方法

针对小快拍数和阵元噪声功率不等时噪声特征值分散严重,导致Akaike信息论准则(AIC)和最小描述长度准则(MDL)估计信源个数效果差的问题,提出了基于空间平滑的AIC方法(SSAIC)和MDL方法(SSMDL),该方法利用前后向平滑有效降低噪声特征值的分散程度,从而提高正确估计概率,并证明了SSMDL方法的一致性.仿真结果表明该方法在小快拍和阵元噪声功率不等情况下可以显著提高正确检验概率.