基于SRM模型的宽带MVDR快速算法研究

为满足潜艇等水下航行器宽带自适应波束形成算法的更高实时性要求,在经典的MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)时域解析信号模型的基础上,设计一种基于SRM(Spiked Random Matrix)的协方差逆运算的快速估计算法。首先对宽带信号进行时域解析信号的构造,依据基于随机矩阵理论,然后通过对快拍信号的协方差矩阵的特征值进行调整和处理,实现精确的协方差矩阵的逆运算估计,避免了传统的复杂求逆运算,尤其适合多传感器和快拍样本受限的环境。仿真实验和海试数据证明,提出的算法波束指向性能更优,信号处理复杂度更低,随着阵元间距数的增加,性能获得明显的提升。

一种基于MVDR的改进型麦克风阵列语音增强算法

传统的最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成算法不能很好地跟踪信号统计特征的变化,适应时变环境的能力较差.本文对其进行改进,提出一种实时估计环境噪声及干扰的相关矩阵的方法,使用时变遗忘因子更新相关矩阵,遗忘因子根据目标语音的存在概率变化,最后引入对角加载技术更新滤波器权向量,以保证波束形成的质量.实验结果显示,相比传统的MVDR算法,改进后的MVDR波束形成算法具有更好的降噪效果,能获得更高的分段信噪比和PESQ得分.

基于MVDR算法的卫星通信地球站面天线组阵抗干扰仿真研究

现代战争中,大量指挥控制和情报信息通过卫星传输,卫星通信地球站的抗干扰能力是保证信息通畅的基础。针对多个小型地球站受干扰无法通信的情况,提出基于面天线阵列的最小方差无失真响应(MVDR)算法。首先分析卫星通信地球站天线要素,给出面天线的增益表达式,建立面天线阵列接收信号的数学模型;然后研究MVDR改进算法波束形成机理,推导出反射面天线阵列输出信干噪比和最优权矢量的算式,分析均匀线阵在部分角度抗干扰效果不佳的原因,并针对该问题提出一种阵列布设逼近最小冗余阵且阵元位置互质的线性阵列;最后通过多组仿真实验验证所提算法对于提升阵列抗干扰性能的有效性。仿真结果表明,所提算法可提高面天线阵列的卫星方向增益、增大阵列的输出信干噪比、有效抑制卫星通信下行链路干扰。

最小范数约束的改进MVDR波束形成算法

针对传统的最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成方法,难以有效均衡和同时优化干扰和噪声抑制的问题,提出一种基于最小范数解的改进算法。通过对阵列接收信号的自相关阵进行特征分解,取大特征值减去噪声功率及大特征值对应特征向量,构建线性约束方程的最小范数解,代替MVDR算法中的自相关阵的逆的形式形成加权系数,其中噪声功率由小特征值的平均值估计,获得的权系数对应于线性约束条件下的最小范数解。仿真分析表明,该算法能够有效地在干扰位置处形成零陷,利于后续在时间维的噪声滤波处理,较之于MVDR等算法有更好的干扰和噪声抑制性能。

基于CS-MVDR的多目标方位估计新方法

针对空时欠采样条件下多目标方位估计存在的问题,将压缩感知理论引入到最小方差无畸变响应(MVDR)方法中进行多目标方位估计,通过空间角度网格划分形式实现信号在空时域的稀疏性表示,利用空间谱估计恢复重构空间稀疏向量,从而实现空间上多信号入射角的方位估计。该方法不仅运算量低,在低信噪比、低阵元采样数、高估计精度和稳健性等方面的优势更为突出。

一种改进的基于空时MVDR的宽带DOA估计算法

针对空时最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)准则应用于宽带波达方法(Direction of Arriral,DOA)估计时算法的计算复杂度较大和训练样本量较高的问题,提出一种可以降低滤波器抽头数量的改进算法。该算法先通过滤波器组和抽取器对快拍数据进行预处理,再执行空时MVDR波束形成,在不增加滤波器抽头数的条件下提高了算法的频率分辨率和快拍数据的持续时间,从而降低算法的计算复杂度和训练样本量。数值仿真实验表明:与基于相同准则传统的宽带DOA估计算法相比,该算法在有限时间样本下具有更好的角度分辨率和更低的计算复杂度。

波束域MVDR高分辨方位估计方法研究

针对 MVDR在低信噪比时分辨性能下降问题 ,提出了波束域 MVDR( BMVDR)方法 ,并提出了在实际声纳系统中用 BMVDR代替现有的分裂波束精测定向法 ,与多波束系统结合成定向设备的新思路 .BMVDR不仅能有效解决 MVDR在低信噪比下分辨性能下降问题 ,而且不需要对声纳定向系统做大的改动 ,BMVDR就能与现有声纳中的多波束系统有效地结合起来 ,显著地提高多目标分辨性能 。

矢量水听器阵波束域MVDR方法研究

矢量水听器可同时拾取声压和振速信息,成阵后水听器间的相移信息量增大.基于矢量水听器阵的波束形成性能明显由于单纯声压水听器阵.矢量水听器阵可用常规方法进行波束形成,但其方位分辨率有限.已经有人研究了矢量水听器阵的最小方差无失真响应波束形成算法(MVDR),但属于对阵元域信号进行的直接处理,运算量较大.本文提出一种基于矢量水听器阵的波束域MVDR算法(BMVDR).该算法首先将矢量水听器阵元的空间数据转换到波束空间,然后对转换后的数据再运用MVDR算法.结果,不但实现了降维处理,减小了运算量,同时可进一步抑制扫描扇面外的噪声.对BMVDR算法进行了仿真并与常规MVDR算法进行了比较.结果表明,本文方法可得到与常规MVDR算法相当的方位分辨能力.

基于MVDR波束形成的FDA平台外干扰抑制

针对频控阵(frequency diverse array,FDA)在对与目标位置相近的平台外干扰进行抑制时,传统FDA与非线性频偏结合不能实现距离-角度去耦合、对数递增FDA主瓣展宽较大和汉明窗加权FDA距离维旁瓣过高的问题,在充分研究汉明窗加权的线性FDA(Hamming linear FDA,HL-FDA)方案的基础上,对4种频偏方案的性能进行了分析,提出采用FDA多输入多输出结构代替传统的一维均匀线性FDA结构,通过结合最小方差无失真响应(minimum variance distortion free respinse,MVDR)准则,将HL-FDA应用到MVDR自适应波束形成层面,对平台外干扰进行抑制。仿真验证了HL-FDA在结合MVDR自适应波束形成算法后能有效地对抗距离-角度二维平台外干扰。

半实值化MVDR解模糊方法

针对现有半实值化MVDR(Semi-Real-Valued Minimum Variance Distortionless Response,SRV-MVDR)算法存在波达角(Direction of Arrival,DOA)模糊的缺点(无法区分半谱内的真实源与镜面辐射源),提出一种改进的SRV-MVDR方法.为了对SRV-MVDR算法解模糊,首先引入能量的思想,通过利用信号的特征向量和特征值构建一种能量谱函数,所构建的能量谱函数包含了完整的声源目标方位信息,利用这一特性将所构建的能量谱函数与现有的SRV-MVDR算法相结合.由于SRV-MVDR真实源谱峰会被能量谱函数谱峰放大形成新的主峰,而镜面辐射源得不到能量谱函数谱峰的放大,从而形成伪峰,即在半谱范围内,主峰便对应真实源位置,伪峰对应镜面辐射源位置,从而解决了SRV-MVDR算法DOA模糊的问题.最后仿真实验表明:所提算法不仅能够解决SRV-MVDR波达角模糊的弊端,且在抗噪性能上有一个较大的提升,这是由于本文算法充分利用信号信息,从而算法更加适用于低信噪比的工程环境.

利用近场MVDR双聚焦波束成形方法实现被动测距

本文分析了近场环境下基于双聚焦波束成形的水下被动测距方法。通过修正MVDR方向矢量,得到了适用于近场环境的MVDR。仿真实验证明近场MVDR双聚焦波束成形测距方法优于普通波束成形和远场MVDR双聚焦波束成形,能明显减小目标距离估计的模糊区域。在相邻两个日标的定位性能上,MVDR双聚焦波束成形技术也比MVDR单聚焦系统体现出更大的优势,能较好地分辨目标。

基于光纤光栅阵列和MVDR算法的声发射定位

基于光纤光栅(FBG)传感器网络构建了声发射检测系统,并提出了最小方差无失真响应(MVDR)的声发射源定位方法。构建的系统由7个FBG传感器组成传感器线阵列,采用未经平坦的放大自发辐射(ASE)光源边缘滤波实现信号解调。利用Shannon小波变换从频散复杂的声发射信号中提取窄带信号,并基于MVDR算法扫描整个监测区域获取空间谱。根据空间谱函数计算输出值,并将计算的输出值作为像素值。最后,通过提取空间谱中的最大值的坐标确定声发射源的位置。在LY12铝合金板上进行了实验验证。结果表明,该方法在400mm×400mm的区域内,声发射定位的最大误差为9.4mm,平均误差为7.2mm,耗时小于3s。该系统具有较高的实时性和定位精度,是一种声发射源定位的新方法。

时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法

针对频域最小方差无失真响应(MVDR)方法在源方位快速变化情况下稳定性差的问题,提出了一种基于时域解析信号的MVDR自适应波束形成方法TAMVDR(Time-domain Aanlysis MVDR)。在构造时域解析信号的基础上,TAMVDR通过对每一路时域解析信号引入复权,利用期望方向的输出响应不变的约束使阵列输出功率最小。在一次快拍条件下,TAMVDR即可获得最优解。仿真及试验数据处理结果表明,在目标方位快速变化条件下,TAMVDR的信号检测和方位分辨性能明显优于频域MVDR方法,且计算量较小。

矢量水听器阵列MVDR波束形成器的性能研究

针对矢量水听器阵列的最佳阵处理,研究了高斯背景噪声条件下MVDR波束器的输出性能,给出了系统输出信干噪比与各影响参数之间的解析关系式,并对三种典型情况进行了具体探讨,着重分析了信噪比、干扰强度、相关系数和样本长度对系统输出SINR的影响,证明了低信噪比时MVDR波束形成器为最佳空域滤波器,分析还表明,MVDR波束形成器对强信号存在抑制现象,高信噪比时输出的SINR为一常数。计算机仿真结果证明了理论分析的正确性。

一种基于对角载入的鲁棒MVDR波束形成算法

当信号方向向量精确已知时,传统最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成算法具有较好的分辨率和抗干扰能力.在实际通信环境中,由于外部环境、天线阵列以及采样协方差矩阵的估计误差等因素的影响,导致传统MVDR波束形成算法的性能急剧下降.针对这一问题,本文提出了一种新的基于对角载入的鲁棒MVDR波束形成算法.该算法考虑信号方向向量的偏差对MVDR算法性能的影响,并在最大允许偏差范围内导出最优的权重向量,有效地抑制了偏差对输出性能的影响,具有很强的鲁棒性,从而能够适应复杂的通信环境;同时该算法采用递推算法避免矩阵求逆,降低了计算复杂度,便于工程实现.仿真实验表明,与传统MVDR算法相比,所提算法具有更好的输出性能。

一种有效的MVDR波束形成器

本文介绍了一种通过构造增广数据矩阵并对其进行奇异值分解的修正 ＭＶＤＲ 波束形成器．在快拍次数有限时，该方法能提高零点的精度和加深零点的深度，使干扰更加有效地得到抑制．文中详细给出了这种方法的工作原理并从理论上分析了其可行性，最后用计算机仿真实验验证了这种方法的有效性．

一种宽带高分辨MVDR有效算法研究

研究了一种低计算量的宽带最小方差无畸变波束形成(MVDR)算法,利用频移和线性相位FIR低通滤波对阵列接收信号的复包络作窄带分解,对各子带信号的基带信号作最小方差波束形成,所以可将原始信号的采样频率降到接近处理频段的带宽大小,选择信号主要能量频带,可以减少处理子带个数,大大降低了运算量。仿真和湖试数据分析结果证明了该方法的有效性,且对弱目标分辨性能较好。

非正则复向量的扩展MVDR算法研究

研究了非正则复向量的特性对MVDR算法的影响。将阵元接收数据经过FFT运算后,在任一频率下的列向量都是非正则复向量。根据非正则复向量伪自相关阵的特性,提出了扩展自相关矩阵和扩展驾驶向量,推导出了扩展MVDR(ExMVDR)算法。仿真试验表明ExMVDR算法比MVDR能够更好的压制旁瓣,主瓣的信噪比能够提高2dB左右。

单矢量水听器的MVDR波束形成性能研究

矢量水听器利用MVDR波束形成器可以对目标信号进行波达方向估计,对三维矢量水听器和二维矢量水听器的MVDR波束形成器的性能进行分析研究。结果表明:三维矢量水听器的MVDR波束形成性能较好,而当干扰信号远小于环境噪声时,二维矢量水听器MVDR波束形成对在水平方向上的目标信号有很高的分辨率。

基于波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法

传统的MIMO雷达的发射阵列通常进行全向发射,而感兴趣的目标往往集中在较小的空域范围内,全向发射就造成了大量的功率浪费,从而导致波束形成器的输出信干噪比降低,针对这一不足,提出了一种基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法。该算法首先利用二阶锥规划设计出波束域矩阵,通过发射波束域预处理使发射功率聚集在感兴趣的区域,同时保持预处理后的导向矢量的旋转不变性,然后利用MVDR算法进行自适应波束形成。仿真结果表明:波束域预处理提高了发射功率的利用率,因此,在发射功率相同的条件下,基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成器具有更高的输出信干噪比。