基于宽带相干信号子空间方法的超声导波长骨评价

超声导波对长骨的生物力学特性敏感,已经广泛应用于长骨的健康评价。由于骨骼的高衰减特性,准确估计长骨中宽带相干导波信号的频散模式,进而准确反演长骨材料特征参数,是骨超声领域的一个研究热点和难点。本文提出了一种基于宽带相干信号子空间的导波波数估计方法,高精度提取导波频散模式;在此基础上,应用具有全局优化特性的蚁群算法从导波模式中估计长骨材料参数,成功实现了对长骨状况的定量评价。仿真和离体实验(2块仿真样本和2块离体牛骨)共同验证了方法的有效性,实验频散与参考频散之间的相对误差分别为3.52%,3.83%,3.35%,4.51%;对于离体牛骨,皮质骨厚度、纵波速度、横波速度估计值与参考值之间的平均相对误差分别为3.10%,0.11%,0.03%。综上,本文提出的方法为定量超声长骨评价提供了新的借鉴,也可应用于其他固体波导频散的高精度提取和结构健康表征。

依赖于频率变化模型的相干信号子空间聚焦处理方法

提出了一种依赖于频率变化模型的相干信号子空间聚焦处理新方法。相干信号子空间(CSS)宽带处理方法的核心思想是通过聚焦变换将宽带信号各频率分量的信号子空间映射成为一个信号子空间。而依赖于频率变化模型(FDM)的宽带处理方法则是通过引入一组关于频率的基函数,建立阵列信号依赖于频率变化的模型,从而直接进行宽带处理。本文把CSS的聚焦思想应用到FDM,提出了一种宽带目标方位估计方法,并构造了对角聚焦矩阵。新方法采用了FDM,增大了相关矩阵的维数,有效地反映了噪声子空间,因此比CSS具有更好的性能;采用聚焦,大大减小了FDM方法庞大的运算量。计算机仿真结果验证了新方法的有效性。

基于声压振速联合信息处理的声矢量阵相干信号子空间方法

为解决水下宽带源的远程测向问题,提出了一种基于声压P与振速V的互谱矩阵的声矢量阵相干信号子空间方法。与现有的将声矢量传感器的振速信息仅仅作为独立阵元来处理的声矢量阵测向方法不同,新方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中P-V互谱的抗噪能力,能将相干信号子空间方法的宽带高分辨能力及去相干能力与声矢量阵的抗噪能力有机地结合起来,实现对宽带源的远程、高分辨方位估计。理论分析给出了基于P-V互谱矩阵的宽带聚焦原理和特征分解原理,以及信源数检测准则。基于湖试数据的仿真实验结果显示,采用3元声矢量阵,在信噪比为-10dB和观测时间为20s时,新方法方位估计的均方根误差约为5°,明显强于现有方法。

基于传播算子的宽带源相干信号子空间测向方法

将窄带传播算子方法引入宽带源测向的相干信号子空间处理中。首先提出一种新的聚焦矩阵的计算方法；该方法不需要进行角度预估，也不需要任何矩阵分解，对信号方向不敏感，运算量小。在此基础上，根据相干信号子空间处理方法的原理，对聚焦的空间协方差矩阵作传播算子方法的处理。整个过程避免了矩阵分解，因而运算量降低，仿真结果证明了该方法的有效性。

基于信号子空间处理的DPCA运动误差校正方法

在机载SAR/GMTI应用中,雷达平台运动误差常使得偏置相位中心天线(DPCA)失效,限制其实际应用。文中推导并仿真了运动误差引起DPCA杂波抑制性能下降的情况,提出基于信号子空间处理的解决方法,对β失效、偏航和俯仰姿态误差以及位置误差等多种情况分别进行了分析和误差校正。仿真结果表明,该方法可使DPCA对运动误差的敏感度下降,从而提高杂波抑制性能,扩大DPCA的适用范围,具有一定的工程参考价值。

一种用于相干和不相干窄带信号源高分辨的广义信号子空间估计方法

阵列高分辨方向估计技术是近十年来十分活跃的研究课题,其中存在相干信号源时如何实现有效的高分辨问题是研究的重点之一。虽已提出了若干解决方法,但这一问题尚未得到满意地解决。本文从信号子空间的估计出发对上述问题作了进一步的研究,提出了在有相干信号源的环境下估计信号子空间的一般途径,我们称之为广义信号子空间估计方法。这一思想为研究更为有效的解决相干信号高分辨的方法提供了一条新的可能途径。文中给出了基于这种思想得到的几种算法及其部分模拟实验结果。

基于信号子空间处理的ATI误差校正方法

在机载合成孔径雷达/地面动目标指示(SAR/GMTI)应用中,各误差因素常使得沿航迹干涉(ATI)方法失效,限制其实际应用。推导并仿真了同步定时误差和姿态误差引入干涉相位误差,导致ATI动目标检测性能下降的情况,提出了一种基于信号子空间处理的解决方法,并对以上误差情况分别进行了分析和校正。仿真结果表明,该方法可使ATI对误差因素的敏感度下降,从而提高动目标检测性能,扩大ATI的适用范围,具有一定的工程参考价值。

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。

基于信号子空间的ESPRIT-Like算法在相干DOA估计中的应用

相干环境中DOA估计的一个主要任务是在预处理中设法消除空间协方差矩阵的秩损失,首先分析了相干信号对基于子空间的超分辨算法的影响,随后从矩阵重构的思路出发,提出了一种基于信号子空间的ESPRIT-Like算法,最后通过仿真结果证明该方法的有效性与优越性。

基于信号子空间处理的和/差波束干涉SAR/GMTI技术研究

该文研究了和/差波束干涉SAR/GMTI技术在通道不平衡条件下地杂波对消问题。文中阐述了和/差波束干涉SAR/GMTI的原理,推导了理想条件下地杂波空域对消因子。实际系统中,由于存在通道幅相不一致等误差,直接空域对消并不能有效抑制地杂波。该文研究了基于信号子空间处理的和/差波束干涉SAR/GMTI方案,通过二维信号子空间处理自适应地校正通道误差,进而对地杂波进行空域对消。仿真实验表明该方案对系统误差的敏感度显著下降,具有很好的鲁棒性,更适合于工程实施。

基于信号子空间线性预测的测向方法

文章分析了均匀线阵输出信号的信号子空间结构，提出了基于信号子空间线性预测的测向方法。理论分析和计算机仿真实验表明，通过信号子空间的线性预测．可以获得较高的角度分辨率。

基于“列维扩展”信号子空间的双基地MIMO雷达相干角度估计

针对传统算法在解相干时存在阵列孔径损失以及计算量大的问题,提出了基于“列维扩展”信号子空间的相干目标角度估计方法。该方法首先利用两个低复杂度的低维协方差估计来替代高复杂度的高维协方差估计,构造出“列维扩展”信号子空间,证明该子空间的列满秩性质不受目标相干性、回波单多快拍数的影响。然后提取出“扩展”旋转不变因子,实现了目标收发角度估计,最后利用空域滤波法实现收发角度的配对。仿真实验与数据分析表明:该方法在解相干时无需牺牲阵元孔径,其估计精度优于空间平滑类算法,并且适用于单次快拍数据情况的收发角度估计。

基于实值信号子空间的虚拟阵列解相干算法

针对存在相干信源时,传统的DOA估计算法失效问题,提出一种基于实值特征子空间的虚拟阵列解相干算法.该算法根据虚拟阵列变换的思想,利用阵列接收数据构造虚拟子阵,实现对信号的解相干处理,并将协方差矩阵从复数域变换为实数域,获得一个实值信号子空间,最后利用实数域ESPRIT(Unitary ESPRIT)估计信号波达方向.该方法避免了阵列孔径损失,保持了阵列的空间分辨率,估计精度高,利用个阵元可估计个信源,且引入实数域处理和无需空间谱搜索,运算量小。计算机仿真验证了该方法的有效性和优越性.

基于波束域相干信号子空间法的宽带源小尺度基阵定向

在给定的小尺度平面四元阵的基础上,主要研究了波束域相关信号子空间算法(BeamSpaceCoherentSignal-subspaceMethod—BSCSM)在宽带源定向中的应用以及性能分析。用实测的直升机噪声仿真产生各个阵元上输出的宽带信号源,并且使得这组信号具有特定的波达方向(DirectionofArrival—DOA)。分别使用波束域相干信号子空间法(BSCSM)和阵元域的相干信号子空间法(CoherentSignal-subspaceMethod—CSM)与非相干信号子空间法(InCoherentSignal-subspaceMethod—ICSM),通过计算机仿真实验对其进行方位估计。在仿真实验中,可以直观地看出三种方法的性能优劣。根据计算机仿真结果,统计意义上的误差分析,以及对宽带平面波波达角度的角度分辨率等性能指标的分析比较,可以得出在小尺度基阵定向研究中,波束域方法能够获得比其他两种阵元域算法更好的性能。

用于相干信号高分辨测向的自适应子空间拟合方法

针对阵列信号处理中相干信号的测向问题,提出了自适应子空间拟合方法。理论分析、计算机仿真和实际测向结果均表明,该方法不需要事先知道或估计出入射信号的准确数目,通过适当的初始化和迭代过程,即可实现相干及非相干信号的高分辨测向。

波达方向估计中特征空间的信源数估计方法

提出了特征空间法信源数估计方法,它将阵列信号的协方差估计值分别投影到信号的特征子空间和噪声的特征子空间。由于信号子空间与噪声子空间相互正交,易于由表征投影大小的判据值区分信号和噪声的贡献;本方法用的是M×M阶矩阵特征值分解,M为基元数,与波达方向估计用的相同,因此节省大量的计算量;它可以在实数空间中进行运算,进一步减少运算量。进行了数值计算,检验了判据值分布,以及在信源等功率、不等功率和空间相关色噪声等情况下特征空间法的性能。估计方法还用声纳数据进行了检验。所有这些结果均证明本估计方法性能优良。

提取ESPRIT算法信号子空间的DOA估计研究

ESPRIT算法在有效性和稳定性方面都有非常突触的表现,所以其受到了广泛的研究。同时不可避免的要进行特征值分解,无法满足实时系统的要求。因此,提出了一种提取信号子空间的快速算法,通过对旋转矩阵的改进,不需要进行特征值分解和繁琐的迭代计算,节约了计算时间,使得所提算法可以运用于实时处理,并且取得了良好的效果。

冲击噪声环境下基于信号子空间的多通道语音增强算法

针对冲击噪声环境下的语音增强问题提出了一种不依赖任何语音信号模型、适用于冲击噪声的基于信号子空间分解的多通道语音增强算法。该算法把阵列信号处理中的协变异应用到语音增强中,对带噪语音信号的协变异系数矩阵进行特征值分解得到纯净语音信号的子空间。仿真实验结果表明:该算法对于冲击噪声有抑制作用,对高斯白噪声、高斯有色噪声也有一定的抑制效果。

超定低秩数据阵信号子空间的快速获取

针对超定低秩数据阵 ,利用超定低秩数据阵左右奇异矢量之间的关系与反幂法以及 L- D- LT 分解 ,研究信号处理中如何快速获取信号子空间 .给出了一种获取信号子空间的快速算法 ,它比直接采用奇异值分解的运算量明显减小 ,并具有很高的精度 ,适合于相关的信号处理 .

一种冲击噪声下相干分布源多峰DOA估计方法

针对现有相干分布源波达方向(Direction Of Arrival,DOA)估计方法计算量大、抗冲击噪声能力弱和不能有效去相干等难题,本文提出了一种冲击噪声下相干分布源多峰DOA估计方法,并推导了冲击噪声下相干分布源DOA估计的克拉美罗界.为了实现冲击噪声下相干分布源DOA估计,采用加权范数协方差抑制冲击噪声,进而首次推导出多峰加权信号子空间拟合方程,并设计了一种多峰量子秃鹰算法快速无量化误差求解.仿真结果表明,所提方法在冲击噪声下能够以较小的快拍数实现相干分布源DOA估计,且无需额外的解相干操作即可有效去相干.与一些已有的高精度DOA估计方法相比,所提方法仿真时间明显缩短,且具有更高的估计精度和估计成功概率,突破了已有相干分布源DOA估计方法的应用局限,可推广应用于其他复杂的DOA估计问题中.