基于波束域的子空间正交性测试宽带DOA估计方法研究

投影子空间正交性测试(Test of Orthogonality 0f Projected Subspace:TOPS)算法通过测试宽带信号各频率点上噪声子空间和信号子空间之间的正交性对目标方位进行到达角估计(DOA:direction-of-arrival)。此算法对参考频点上的信号子空间的估计依赖性较大,因此存在较多伪峰,低信噪比条件下性能差等缺点。针对该问题,提出一种基于波束域的宽带DOA估计方法。该方法通过将阵列接收信号转换到波束域,在波束域中利用信号带宽内各频率分量的波束域方向向量与噪声子空间之间的正交关系构造判决向量,根据判决向量搜索空间谱的极大值对应的角度进行DOA估计。该方法不需要进行角度预估,避免了TOPS算法中常出现的伪峰,降低了信噪比分辨门限,减少了计算量,具有较好的估计效果。将该方法分别运用到均匀圆阵和线阵上,通过仿真对比和海试实验数据的处理,证明了本文所提方法的有效性。

基于FrFT和子空间正交的LFM信号参数估计

基于分数阶Fourier变换和子空间正交性,提出了一种低信噪比下线性调频信号检测与参数估计方法。讨论过程中将线性调频信号通过适当的分数阶Fourier变换得到一个单频复正弦信号,在此基础上,利用信号子空间与噪声子空间的正交性处理其正弦信号,再对线性调频信号的检测和参数估计转化为函数极值求解;最后,利用计算机模拟证实了方法的有效性。

基于子空间正交的阵列干涉SAR系统相位中心位置定标方法

阵列干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统采用距离脉冲压缩、方位合成孔径和高度实孔径的方式,能够获得观测场景的3维SAR图像。在实际系统中多个通道的天线相位中心位置信息通常难以精确获得,如果不进行定标而直接进行成像处理将会造成高度维成像质量降低。针对天线相位中心位置定标问题,该文分析了天线相位中心位置误差对高度维成像造成的影响,提出了一种基于子空间正交原理的相位中心位置定标方法。该方法利用2维SAR单视复图像中的定标点数据,通过特征值分解得到噪声子空间,利用子空间正交原理同时求解多个通道对应的天线相位中心位置。针对阵列干涉SAR系统应用,该文给出了相位中心位置定标处理流程,最后通过仿真和实际数据处理验证了定标方法的有效性。

适用于深厚覆盖层的空间正交防渗措施及其可行性

由心墙和防渗墙组成的土石坝垂直单向防渗体系,因其防渗墙随着覆盖层的加深而加深的设计理念,使得在深厚覆盖层上建坝时,防渗墙施工工期较长,且难以保证施工质量。因此,提出一种新型的适用于深厚覆盖层上心墙堆石坝的空间正交防渗体系,并以某工程为例,用SEEP/W模块进行了一系列的探索计算。分析认为,在能保证水平防渗层施工质量的条件下,空间正交防渗体系可以满足总渗流量和渗透比降的要求;甚至可以达到比传统防渗体系更好的效果,这使得主防渗墙的厚度或者深度可以适当减小,从而降低工程量,缩短工期。

聚焦的子空间正交性测试宽带DOA估计方法

投影子空间正交性测试法(Test of Orthogonality of Projected Subspaces,TOPS)是利用宽带信号多个频点的子空间的正交性完成波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计。该方法依赖参考频率点的选择,易产生伪峰,且在低信噪比时性能差。针对该问题,提出一种聚焦的FTOPS算法。首先利用RCM(Reduced Covariance Matrix)法消除了噪声,然后将各个频点的信号子空间(Signal Subspace)聚焦到任意参考频点的Signal Subspace,利用该参考频点的Signal Subspace与阵列方向矢量的正交投影矩阵之间的正交性完成DOA估计。仿真结果表明,该方法不依赖于参考频点的选择,能有效消除伪峰,在低信噪比条件下性能优于传统TOPS算法。

基于子空间正交性的主瓣干扰抑制算法

针对基于特征投影预处理的主瓣干扰抑制算法中主瓣干扰对应的特征向量难以分辨的问题,提出一种基于子空间正交性的主瓣干扰抑制算法。该方法首先利用主瓣大致区域这一先验知识求出主瓣子空间;再将采样协方差矩阵进行特征分解,得到干扰对应的特征向量并逐一在主瓣子空间中进行正交性测试,筛选出主瓣干扰对应的特征向量;然后利用特征投影矩阵预处理抑制实际接收数据中的主瓣干扰成分;最后,通过协方差重构求解自适应权矢量去除旁瓣干扰。仿真实验结果表明,子空间正交性验证能够检测出多个主瓣干扰对应的特征向量,能够有效抑制多个主瓣干扰,避免了基于特征投影矩阵预处理和协方差矩阵重构的主瓣干扰抑制算法仅能抑制单个主瓣干扰的问题。

基于修正的子空间正交测试宽带DOA估计方法

投影子空间正交性测试法(TOPS)是利用宽带信号多个频点的噪声子空间与信号子空间的正交性实现到达角(DOA)估计。在中等信噪比时该方法估计性能较好,而在其他信噪比条件下空间谱易存在多个"伪峰",算法性能依赖于参考频点的选择。针对该问题,提出了一种新的TOPS算法,该方法通过最大化各频率点信号子空间与噪声子空间特征值区分度选择参考频点,同时利用信号子空间投影代替其零空间投影,避免信号子空间估计误差导致空间谱中产生伪峰,最后利用子空间的正交性实现宽带DOA估计。仿真结果表明,相比于传统的TOPS算法,该方法在一定信噪比条件下,避免了伪峰的出现,提高了TOPS算法的估计精度和分辨率。

结合横向振荡和空间正交的向量血流速度测量

传统的彩色多普勒成像只能测量与超声波束平行的血流速度分量,且依赖于超声波束与血管之间的夹角。超声向量血流成像是一种更加先进的血流成像技术,该方法可以直接获得血流速度的实际大小和方向,因此不依赖于超声波束与血管之间的夹角。本文从向量血流测量方法之一的横向声场法入手,简要概括了横向振荡(Transverse Oscillation,TO)法和空间正交(Spatial Quadrature,SQ)法两种方法的基本原理、成像过程及各自的优缺点,并提出了一种互相结合的方法,即奇偶振荡法(Odd Even Oscillation,OEO),该方法利用SQ法快速进行波束合成,利用TO法计算最终的速度矢量,克服了TO法和SQ法各自的缺点,能够有效解决TO法成像计算量大以及SQ法出现混叠和对噪声灵敏度高的问题。

正交时频空间调制移动水声通信方法

为提高移动水声通信可靠性,提出了一种基于正交时频空间(OTFS)调制的移动水声通信方法。针对水声信道长时延扩展的特点,设计了一种低复杂度交叉域Turbo迭代均衡算法,先在时域内对接收信号进行最小均方误差(MMSE)均衡,将均衡后的外部信息传递到时延-多普勒域进行软译码;再将译码后的软信息反馈回时域,作为下一次时域均衡的先验信息,实现均衡与译码的迭代检测。此外,针对OTFS水声通信中OTFS符号维度过大导致MMSE均衡复杂度过高的问题,采用了一种低复杂度MMSE算法,先利用矩阵对角线元素得到一组初始估计值,再将矩阵求逆问题转换为求解初始估计值与准确求解值之间的误差,继而通过对误差向量的不断迭代估计来实现低复杂度计算。湖试数据处理结果表明,所提方法可在最大移动速度4 kn的情况下实现OTFS信号的可靠检测。

基于动态正交子空间分析的质量相关微小故障检测

为进一步提升正交子空间分析(OSA)对过程微小故障的检测能力,提出一种基于动态OSA的故障检测方法。基于输入时滞值构建反映过程数据和质量相关数据动态特性的增广矩阵,采用OSA将增广矩阵分解成3个正交子空间,实现质量相关成分的有效分离;利用主成分分析对每个子空间进行独立监测,形成相应的得分矩阵;进一步通过Kullback-Leibler散度度量故障发生前后得分向量的概率分布差异,建立概率相关故障检测统计量,实现微小故障的检测。通过数值例子和田纳西伊斯曼(TE)过程的仿真实验验证了所提方法的有效性和检测能力。

采用局部正交子空间投影的高光谱图像异常检测

正交子空间投影是一种需要已知待分类目标特征信息监督分类算法。为了扩展该算法的应用,本文提出了局部正交子空间投影算法,并将其成功应用于高光谱图像异常检测中。异常检测常用于自然背景下的人工目标提取,在小范围邻域内地物类型相对单一。基于此,以被检测点作为感兴趣目标,被检测点邻域内样本的均值作为不感兴趣目标,构造局部投影算子。实验结果显示:本算法能够检测出含量高于30%的亚像元目标;通过适当增大滑动窗尺寸,可检测像元面积较大的目标且不受Hughes效应影响;当波段数为80时,运算时间不足RX算法的1/10。得到的数据表明,局部正交子空间投影算法检测精度高、运算速度快,适用于实时高光谱图像异常检测。

基于正交补空间的遮挡点恢复方法

为了有效地恢复遮挡点的位置,提出了一种基于正交补空间的遮挡点恢复方法,该方法将图像两两组合,并删除同组中的遮挡点,利用删除遮挡点后的图像组生成的正交补空间之和等于三维空间结构点生成的正交补空间的特性,线性地求解出遮挡点的真实位置.由于该方法的求解是线性的,克服了现有迭代方法需要初值的缺点;同时,该方法将所有的图像及可见图像点都平等地看待.模拟实验和真实实验结果表明,该方法具有鲁棒性好及误差小等优点.

基于正交子空间投影的电力系统同调机群辨识

深入剖析了电力系统惯量中心坐标与子空间投影之间的关系,提出一种基于正交子空间投影(OSP)的电力系统同调机群辨识方法。首先,通过OSP获取将电力系统高维广域量测信息投影到各低维子空间的最佳投影方向向量;进一步,借助投影累积贡献率确定最佳投影方向向量数量;然后,根据所确定的最佳投影方向向量划分电力系统的主导同调机群。所提方法计算简单,易于实现,完全基于广域量测信息进行同调分群,可避免模型参数对分群结果的影响,实现同调机群的在线辨识。将该方法应用到典型两区域互联系统和南方电网中进行分析、验证,结果表明,所提方法可准确、有效地从电力系统广域量测信息中快速辨识出系统的主导同调机群。

预编码辅助广义正交空间调制的低复杂度检测

预编码辅助广义正交空间调制(PGQSM),利用已知的信道状态信息,对正交空间调制(QSM)的同相和正交两路信号分别做预编码处理,以降低接收机进行信号检测的复杂度。同时,针对预编码辅助广义正交空间调制系统的正交性在接收端造成的计算复杂度过高的问题,提出了一种改进的预编码辅助广义正交空间调制低复杂度检测算法。分析和仿真结果表明,该改进的算法可以得到与最大似然检测算法(maximum likelihood,ML)近乎相同的误比特率(BER)性能,同时可以使计算复杂度降低90%以上。

基于形态学与正交子空间投影的端元提取方法

针对现有端元提取方法从数据光谱或空间或特征信息的单一方面出发进行混合像元分解、不同类型端元难以区分等不足,提出一种扩展形态学与正交子空间投影结合的端元自动提取方法.利用扩展膨胀和腐蚀操作,通过计算形态离心率指数进行高光谱数据的端元数据集计算;利用光谱角匹配方法提取不同类型的端元,通过向端元正交子空间投影消除已经提取端元的影响;并通过航空高光谱数据进行算法性能验证.实验结果表明:提出方法能够实现在无任何先验信息情况下图像端元的自动提取,并且能够有效地区分相似光谱端元.

基于目标正交子空间投影加权的高光谱图像异常检测算法

在高光谱图像的异常目标检测问题中,针对原始数据源不能正确地表征背景数据的分布而造成虚警概率较高的现象,本文提出了一种基于目标正交子空间投影加权的KRX高光谱图像异常检测算法。该算法从背景协方差矩阵的估算角度入手,将每个像素投影到目标的正交子空间中,为每个像素自适应地赋予合适的权值,从而减小目标信息的存在对背景特性估计的影响。并用AVIRIS高光谱数据进行了仿真实验,取得了较好的检测效果。将该算法与其他算法进行了比较,结果表明,本文提出算法的检测性能明显地优于传统算法,降低了虚警概率,具有较好的检测效果。

基于信号子空间的正交矢量谱估计新方法-OVSS法

频谱估计被广泛的应用于工程中。在自相关阵的特征值分解中，存在着两个特征矢量子空间──信号子空间和嗓声子空间。基于信号子空间的频谱估计方法具有较好的统计稳定性；基于噪声（正交）子空间的频谱估计方法则具有很高的谱分辨率。本文提出的新方法具有更高的谱分辨率和更好的统计稳定性。新方法对信号自相关阵的最大特征值所对应的特征矢量按一定规律排成矩阵，进行奇异值分解，其右奇异矢量同样存在信号子空间和正交子空间。基于正交子空间的正交矢量谱估计法，源于信号自相关阵的信号子空间，有着高统计稳定性，同时又是正交方法，具有很高的分辨率；由于主特征矢量排出的矩阵阶数较低，也不会出现伪峰。将此方法称之为OVSS谱估计法。大量模拟试验显示OVSS谱估计法，是一种高质量谱估计方法。

偶特征正交空间中子空间包含关系的条件及矩阵表示

本文研究了特征为2的有限域上正交空间中子空间的包含关系和子空间的矩阵表示,利用了偶特征正交几何的理论,得到了偶特征正交空间中子空间的包含条件和矩阵表示.

基于自适应核方法的正交子空间投影异常检测算法

在高光谱图像的异常目标检测核方法中,高斯径向基核函数的宽度决定因子(即核参数)选择恰当与否是决定算法性能的重要因素。针对这一问题,提出了一种基于自适应核方法的正交子空间投影高光谱图像异常检测算法,有效的解决了统一的全局检测参数在复杂多变背景环境下检测性能下降的问题。这不仅提高了算法的通用性,也降低了检测的计算量。用AVIRIS高光谱数据进行了仿真实验,取得了较好的检测效果。将该算法与其他算法进行比较,结果表明,所提出算法的检测性能明显地优于传统算法,降低了虚警概率。

正交子空间投影法用于下垫面分类的卫星优化通道选择

在研究正交子空间投影算法基础上,将此算法用于卫星影像下垫面分类的优化通道选择。通过分析目标谱分布,并运用MODTRAN模拟计算背景程辐射和整层大气透过率,得到对应不同目标的权函数。根据权函数谱分布以及最佳指数函数(OIF)并结合卫星通道用途,最终得到用于下垫面分类的卫星优化通道选择结果。通过对选择的通道进行合成,发现此算法用于下垫面分类具有较好的效果。