Towed line array sonar platform noise suppression based on spatial matrix filtering technology

The spatial matrix filter was designed and used for solving the problem to detect a weak target who was influenced by the strong nearby platform noise interference of the towed line array sonar. The MFP technology and the DOA estimation technology were combined together by using the sound propagation characteristics of both target and interference. The spatial matrix filter with platform noise zero response constraint was designed by the near-field platform noise normal modes copy vectors and the far-field plane wave bearing vectors together. The optimal solution of the optimization problem for designing the spatial matrix filter was deduced directly, and it was simplified by the generalized singular value decomposition. The total response error to the plane wave bearing vectors and the total response to the platform noise copy vectors were given. The phenomena that strong interferences existed in the bearing course and blind areas existed after filtering were analyzed by the correlation between the plat- form noise copy vectors and the plane wave bearing vectors. It could be found from simulations that it has less blind area and higher detection ability by using the spatial matrix filtering technology.

矢量阵自适应零陷强干扰抑制目标方位估计方法

针对方位范围未知的远场强干扰背景下声呐弱目标信号的检测与方位估计问题,本文提出了将自适应空域矩阵滤波技术、矢量信号处理技术及平面波方位估计技术结合的方法。通过最小化滤波后矢量阵信号输出功率以及约束滤波器通、阻带响应,产生自适应零陷干扰抑制效果,并利用二阶锥凸优化的方法首次求解得到了矢量阵自适应空域滤波器。仿真及试验结果表明:矢量阵自适应空域滤波器空域特性相比声压阵自适应空域滤波器更优,矢量阵数据自适应预滤波后再进行方位估计,方位未知的远场强干扰能够被更有效地自适应抑制,进而能够提升矢量线列阵声呐远程弱目标被动探测性能。

基于远近场声传播特性的拖线阵声纳平台辐射噪声空域矩阵滤波技术

针对拖线阵声纳平台噪声构成近场强干扰影响声纳弱目标探测的问题,利用近场平台噪声的多途传播特性及远场目标信号的平面波传播特性,将匹配场定位技术和平面波目标方位估计技术结合,利用平台噪声到达接收阵的拷贝向量以及平面波方向向量共同设计具有强干扰抑制功能的空域矩阵滤波器,实现了近场平台噪声抑制.设计两种最优化问题,获得不同的噪声抑制效果,给出它们的最优解,验证了解的正确性,找出解之间的关联.解释了平台辐射噪声在阵列端首方位附近构成强干扰的原因,同时解释了空域矩阵滤波后存在探测盲区的原因.由仿真可知,空域矩阵滤波处理可获得更小的探测盲区,同时获得盲区外更高的探测能力.

自适应空域矩阵滤波器设计和目标方位估计

针对在强干扰背景中检测弱目标信号时被动声信号处理技术的性能会严重降低的问题,提出了一种自适应空域矩阵滤波器的设计方法。该方法是在保证滤波器通带响应与期望响应误差和阻带响应低于某设定值的条件下,最小化滤波后基阵的输出功率,使得滤波器能尽量保证让通带扇面的信号无失真通过,同时抑制阻带扇面的干扰和噪声。将滤波器的优化设计问题表达成二阶锥规划的形式,利用已有的内点方求出其数值解。最后将设计的自适应空域矩阵滤波器用于强干扰背景中弱目标信号的方位估计。计算机仿真结果说明,所提方法能在干扰方位形成零陷,有效地抑制阻带区域的强干扰,提高了后续方位估计方法的性能。

空域预滤波的稳健自适应波束形成方法

假定的期望信号方向向量与真实信号方向向量存在误差时,常规自适应波束形成性能将严重降低,针对该问题,提出了一种稳健的自适应波束形成算法。首先利用凹槽空域矩阵滤波器对基阵接收数据进行空域预滤波,消除协方差矩阵中的期望信号分量,然后重构协方差矩阵同时反变换到阵元域,再用重构的协方差矩阵形成自适应波束权向量。由于方法消除了期望信号分量的影响,极大地提高了自适应波束形成算法对系统误差的稳健性。计算机仿真验证了所提方法的有效性。

时域宽带矩阵空域滤波器设计方法

提出了一种基于FIR滤波器的时域宽带矩阵空域滤波器设计方法。首先,采用窄带矩阵空域滤波器优化设计方法,设计对应工作频带内各子带的恒定扇区响应空域滤波加权矩阵集。应用该矩阵集元素重构N个宽带基阵加权向量集,设计对应的N个恒定响应空域宽带FIR滤波器,进而构成时域宽带矩阵空域滤波器。该方法实现了对阵元接收宽带数据的时域矩阵空域预滤波,提高了系统的实时信号处理能力。计算机仿真和实验数据处理结果验证方法的有效性。

强干扰下水下弱目标定位空域矩阵滤波技术

针对多传感器阵列的水声信号匹配场处理,提出了三种空域矩阵滤波器设计方法。通过建立三个最优化问题,分别实现了:阻带整体响应误差约束条件下的通带响应误差最小、通带整体响应误差约束条件下的阻带响应最小、通带整体响应误差和阻带整体响应误差加权和最小的滤波器响应效果,推导给出三个最优化问题的最优解。将所设计的空域矩阵滤波器用于仿真数据处理,使用常规Bartlett处理器和MV处理器,实现了在水面强干扰存在情况下的水下弱目标定位。

基于四阶累积量的空域矩阵滤波DOA估计算法

空域矩阵滤波器通过保持空域通带内的信号,抑制空域阻带内的干扰与噪声来提高DOA(Direction Of Arrival)估计的精度。本文使用二阶锥规划(Second-order Cone Programming)方法设计空域矩阵滤波器,利用滤波后数据的四阶累积量进行信号源到达角估计,以消除空域矩阵滤波作用时产生的色噪声的影响,从而提高信号源DOA估计的性能。此外,通过滑动空域矩阵滤波器的通带,还使得阵列具有估计多于阵元数目信号源到达角的能力。计算机仿真结果验证了算法的有效性。

基于扇区空域预滤波的方位估计新方法

提出了基于扇区空域预滤波的微弱信号目标方位估计新方法,通过对传感器阵列接收数据进行扇区空域预滤波,抑制扇区以外的干扰和噪声,获得扇区内源信号相关的阵元域数据。应用虚部MUSIC方法对空域预滤波后的阵元域数据进行方位扫描,获得扇区内非对称信号源的方位信息,提高了系统对低信噪比信号的处理能力。计算机仿真结果表明,扇区空域预滤波后的虚部MUSIC方法,能有效地检测和分辨出偏离对称中心的低信噪比信号。

基于空间谱的多天线盲频谱感知算法

现有的频谱感知算法主要在时间、频率以及地理空间维度进行检测,对角度维的利用尚不成熟。将多天线技术中的到达角(AOA,angle of arrival)估计算法应用到频谱感知领域,提出了2种基于空间谱的盲频谱感知算法,分别为最大—最小延迟相加谱值比检测和平均—最小延迟相加谱值比检测。利用空域匹配滤波的优势,新算法在低信噪比下得到了较高的检测概率,同时为角度维的频谱接入提供了AOA信息,从而提高了频谱利用率。此外,运用随机矩阵理论,推导了检测阈值和检测概率的理论值。仿真结果表明,在Nakagami-m信道下,提出的算法具有比现有盲感知算法更优的检测性能。

方位距离域最小二乘矩阵滤波器设计与分析

针对在近场强干扰源条件下对弱信号源探测难的问题,提出了近场矩阵滤波干扰抑制方法。该方法基于聚焦波束形成原理,设计出最小二乘方位距离域矩阵滤波器,用于抑制近场强干扰,实现对弱目标源定位。另外对影响距离深度域最小二乘矩阵滤波器滤波性能的几个主要因素进行了研究,分析了这些因素与方位距离域矩阵滤波器性能的关系,一方面可以在设计一个适当的矩阵滤波器基础上对其通带和阻带误差进行研究,另一方面可以对其幅度响应图进行直观的观察和比较。

交互式差分演化策略图像空间滤波方法

针对传统图像空间滤波方法适应性差和算法缺少交互等问题,提出基于交互式差分演化策略的图像空间滤波方法.该方法由结合差分演化算法及演化策略思想设计的交互式差分演化策略和演化函数矩阵构成.同时,交互式差分演化策略通过引入人的主观评价控制演化过程,使滤波结果更符合人的视觉需求,同时也使该算法具有更好的鲁棒性和全局优化能力.针对交互式中人工评价产生的噪声问题,该方法采用演化函数矩阵建立适应值近似评价模型,实现了主观适应值的自动评价,有效减少了人的评价次数,从而减少了评价噪声.实验结果表明该方法具有更强的全局优化能力和更好的滤波效果,明显优于传统图像空间滤波方法和基于演化策略的图像空间滤波方法.

基于Fibonacci序列准周期结构的小角度低通空间滤波器

利用常规材料构造了Fibonacci序列准周期结构,运用传输矩阵法研究了该结构的空间传输特性,并基于该结构优良的空间传输特性设计了小角度低通空间滤波器.数值模拟结果表明,该小角度空间滤波器的角域带宽可通过改变序列的结构类型和序列数来调谐,其调谐规律为:随着Fibonacci序列F(m,1)中m值的增加,对应空间滤波器的角域带宽减小;随着序列数的增大,对应角域带宽也减小.在调谐的基础上,还可通过改变构成准周期结构的介质折射率参量来精确调节其角域带宽.相比于基于超材料的小角度空间滤波器而言,基于Fibonacci序列的小角度空间滤波器制备更简单,且有望应用于新一代的高功率激光系统中.

基于矩阵滤波技术的海面多干扰抑制方法研究

广义的空域滤波技术在抑制拖曳船噪声及已知干扰的问题上起到了很好的效果,但对于海面存在多个强干扰源或者干扰源频率信息未知的情况,需要一种改进的设计方法。基于最小二乘原理,提出了一种抑制海面多干扰的矩阵滤波方法,通过计算机仿真可知,能够在干扰源频率信息不完全知道的情况下有效地抑制海面的多干扰源以实现水下弱目标的定位。

海底水平阵的空域矩阵滤波干扰抑制方法

针对矩阵滤波在水平阵的应用问题,提出一种将矩阵滤波应用于海底水平阵的方法。该方法首先利用最小二乘矩阵滤波器对阵列信号进行空域滤波,然后利用浅海海底水平阵进行匹配场定位,并在相同基阵孔径和阵元条件下,与拖曳阵的滤波定位效果进行比较。仿真结果表明,海底水平阵矩阵滤波方法能够有效地抑制给定区域的噪声干扰,实现对水下弱目标定位的目的。且在相同基阵孔径和阵元条件下,置于海底水平阵的干扰源抑制效果要优于拖曳水平线列阵。

静电传感器矩阵颗粒局部平均速度空间滤波测量方法

在圆环状线性静电传感器阵列空间滤波法颗粒速度测量的基础上,提出一种基于圆弧状静电传感器矩阵的气固两相流颗粒局部平均速度测量方法。应用有限元法分析了每一线性电极阵列的敏感空间范围,并从理论上推导了矩阵空间滤波器输出信号的频谱特性与颗粒速度之间的关系。开发了基于圆弧状静电传感器矩阵空间滤波器的颗粒局部平均速度测量系统,并在重力输送颗粒流装置上进行了性能测试实验。实验结果表明:测量系统的重复性优于11%。

纳米金属薄膜同时实现多通道频率和角度滤波

为了研究纳米金属银薄膜和空气构成的周期结构的光学传输特性,采用周期结构的Bloch原理和传输矩阵法研究了光波在其中的传输特性。由分析可知,对特定的入射角度,有多个分离的频道可以让光波传播;对特定的光波频率,有多个入射方向让光透射。通过改变空气层的厚度,频道位置和角谱位置可以根据需要进行调节。银层在研究的光谱范围内的损耗对传输的透射率产生影响,但不改变滤波通道的位置。通过设计合适的厚度,这种影响可以得到有效的降低。结果表明,可以将该结构设计成多通道频率滤波器和多通道角度滤波器。

自适应空域矩阵滤波在匹配场定位中的应用

匹配场定位问题中,为了不影响观测结果,需要抑制观测区域存在的干扰。广义空域滤波在抑制拖曳舰船噪声及类似已知干扰的问题上起到了很好的效果,但对于强干扰或未知干扰声源信息的情况,需要寻找一种新的方法。波束形成目标方位估计问题中的自适应空域矩阵滤波器设计方法可以用来解决这一问题。对自适应空域矩阵滤波器增加稳健性约束处理后,针对匹配定位问题做了大量仿真实验,比较了广义空域矩阵滤波器和自适应空域矩阵滤波器对干扰的抑制效果。实验结果表明,如果选取正确的通带范围,自适应空域矩阵滤波在匹配场定位应用中可以非常有效地抑制未知强干扰。

高斯光束通过多级空间滤波器系统的传输方程

以Collins衍射积分公式为基础,利用A0CD矩阵分解与物理实现的技巧,以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导出了高斯光束通过多级空间滤波器系统的传输方程,并用数值计算加以说明。

矢量舷侧阵平台自噪声空域滤波抑制方法

针对UUV类小平台空间有限,平台自噪声易对舷侧阵声呐产生近场强干扰,从而影响声呐弱目标探测能力的现象,本文给出了将空域矩阵滤波技术、矢量信号处理技术以及平面波方位估计技术结合的方法,利用近场平台噪声及远场目标信号的传播特性,通过设计最优化问题求解具有平台噪声强干扰抑制功能的空域矩阵滤波器,推导得出最优解。仿真结果表明:空域矩阵滤波处理抑制了平台强噪声干扰,消除了噪声在舷侧声呐部位产生的假目标,能够提升矢量舷侧阵声呐的远程弱目标被动探测性能。