基于波束域MUSIC方法的高分辨方位估计

现代声纳系统普遍采用水听器基阵和一定的信号处理来提高对目标的检测和定位能力,而基阵的波束形成则在其中起着核心作用。文中研究了窄带波束域高分辨方位估计技术,分析了波束域MUSIC方位估计的构造过程和具体实现方法。仿真计算表明,基于波束域MUSIC的方位估计算法是一种分辨空间小角域内多个目标的有效方法。     

矢量阵的快速宽带频域波束形成方法

矢量水听器能获取振速信息,因此由其所组成的阵列有着常规声压阵列所不能比拟的优势,但正因为有了振速各分量信息,基于矢量阵的信号处理面临计算量大为增加的高维协方差矩阵运算的难题,当阵元数较多时,难以实时实现。为此,基于FFT思想,提出了一种适用于矢量水听器阵列的快速宽带频域波束形成方法。该方法在频域实现,将宽带信号分解为多个窄带信号,采用快速傅立叶变换来实现各阵元数据的相移累加过程,处理速度得以大幅提高。研究表明:该方法完全满足实时处理的需求,其测向性能也能达到克拉美-罗下界,且矢量阵具有常规阵所不具有的左右舷分辨能力,对微弱目标的检测能力也较强。     

声矢量阵降维平行因子模型及方位估计方法

针对原有的声矢量阵三阶PARAFAC(平行因子)模型维数高、参数求解过程运算量大的缺点,建立了一种降维的PARAFAC模型。将声矢量阵看作空间共点的声压传感器子阵和振速传感器子阵,计算各子阵输出数据的自协方差,并构造了三阶张量,最后证明该张量满足三阶PARAFAC模型并利用交替迭代算法估计声源参数。仿真和实测数据表明:该方法可以用于多目标方位估计且估计精度优于超分辨率的ESPRIT算法。     

空间重采样的宽带多重信号分类算法高分辨方位估计

空间重采样法是宽带恒定束宽波束形成的一种重要方法,采用声矢量阵推导了基于空间重采样的宽带MUSIC算法,并和相干子空间FFT插值法做了仿真比较,结果表明,所提算法的性能优于FFT插值法,表现为更低的分辨信噪比门限和估计均方误差上.     

一种基于声矢量阵混响空间特性的窄带目标探测算法

针对声矢量水听器阵主动探测问题,从声矢量混响空间特性方面开展研究。首先,从理论上分析各向同性混响条件下声压阵、振速阵的空间相关系数,指出远距离、长处理帧条件下声压、振速阵列半波长以上阵元间距的各向同性混响近似不相关;然后,以此为基础,给出声矢量圆阵信号接收模型,并针对各向异性、各向同性混响共存情况,给出了一种声矢量解析振速平滑阵列处理方法。该方法充分利用解析振速结构特点,对声压、解析振速阵列数据协方差矩阵进行累加平均,有效减小了不同阵元各向异性混响成分相干性。实测数据结果表明：声矢量解析振速平滑方法的常规波束形成处理与最小方差无畸变波束形成处理的声场级都小于声压阵处理结果,具有更高的目标分辨能力。     

基于蜂群算法多子阵电台天线波束形成

考虑到战场环境下,低信噪比和敌方干扰容易造成超短波电台通信中断,而鉴于天线阵可以有效提高信噪比和抑制干扰,结合战场电台天线分布特点,提出一种多子阵电台天线应急接收模型。理论分析多子阵电台天线波束形成特性,以消除栅瓣、抑制干扰、提高增益为目标,采用蜂群算法对子阵间距进行优化。仿真结果表明,优化子阵间距可以有效消除栅瓣、抑制干扰、提高增益。同时,与遗传算法和粒子群算法相比,蜂群算法具有更好的全局搜索能力和收敛速度。该研究成果可为超短波电台应急通信提供参考。     

基于自适应波束形成的宽带基阵设计

将时域FIR滤波器设计的自适应模拟方法推广到波束形成器的设计,提出一种宽带基阵设计方法。该方法无须推导复杂的权系数表达式,只须给出期望的波束图,便可利用计算机通过自适应波束形成的方法得到其他频点处的一组权矢量。此外,该方法可应用于任意阵型,对阵元的指向性也没有任何限制。最后,给出了一个设计实例说明本方法的有效性。     

基于圆阵的二维DOA估计新方法

通过分析圆阵阵列流形,提出一种新的圆阵二维谱估计模型,可以直接应用MUSIC算法进行二维DOA估计,从而避免了对圆阵输出信号进行模式激励。应用此模型仿真分析了均匀圆阵和均匀半圆阵的二维DOA估计性能,相比模式激励方法,减小了计算量;半圆阵与圆阵的DOA性能差别很小,但是半圆阵减少近一半的阵元数。     

基于非均匀线阵和修正MUSIC算法的DOA估计

研究了基于非均匀线阵的DOA估计问题。提出了利用修正MUSIC算法进行DOA估计,并设计了对称布阵方式。仿真结果表明在对称布阵非均匀线阵中使用修正MUSIC算法,空间谱分辨率高、栅瓣小,且分辨率要高于均匀线阵。本算法获得了较高的空间谱分辨率,提高了DOA估计性能。     

基于三元阵的多宽带信号二维DOA估计方法

提出了一种基于三元阵的宽带信号二维DOA估计方法,该方法利用在信号带宽内划分的各个窄带信号的频域输出数据求互相关值,通过构造Toeplitz矩阵并结合ESPRIT算法估计出信号到达各子阵上的时延参数,进而获得信号的二维到达角。该方法避免了谱峰搜索,能够有效地抑制噪声的影响。理论推导与仿真结果表明该方法仅需3个阵元即可对多个宽带信号进行二维DOA估计,具有设备量小、精度高、分辨性能好和全方位测向的优点。     

声对接阵阵元参数控制

提出对声对接阵阵元参数进行控制,以达到提高声对接阵系统精度的目的,并对由于阵元参数改变而引起对接基阵各个阵元之间的交叉耦合的影响以及阵元的近场声压进行了理论分析和计算机仿真计算,结果证明该方法是有效的.     

基于调制FFT有限域搜索的MUSIC频率估计算法

为满足跳频频率测量中频率估计高精度及实时性的要求,提出了一种将调制FFT和MUSIC算法相结合的频率算法:首先利用调制FFT对谐波频率进行预估计,确定感兴趣的频域区间;然后利用MUSIC算法在锁定区间内估计伪谱谱峰的位置,实现频率的精确估计。该算法可得到较高的频率分辨率,并减少了MUSIC算法的谱峰搜索范围。仿真试验表明:该算法的频率分辨率高,且实时性能满足频率测量需求。     

具有亮点和方位延展特征的线列阵声诱饵研究

分析了几种目标尺度识别方法的机理,针对其特性和传统声诱饵的不足,研究了一种基于潜艇亮点模型的线列阵声诱饵,并对其参数进行了选取.仿真结果表明,该声诱饵对基于目标尺度识别的鱼雷具有干扰能力.     

基于声矢量传感器原理的目标被动定向算法

声测被动定向是声学监视技术的重要研究内容。为了实现对低空运动目标的声学监视,提出了一种基于声矢量传感器原理的被动定向方法,推导出了基于互谱法声强测量技术的定向算法,并对定向算法进行了分析和数值仿真。仿真表明:当传感器尺寸为0.28m、信号信噪比为5dB时,定向精度在2.5°以内。仿真结果说明,该定向算法是正确可行的,有较大的实用价值。该研究成果可直接用于空中运动目标,如飞机、导弹和无人机等目标的声测被动定向。     

基于激励补偿的水声基阵互辐射阻抗控制研究

针对互辐射阻抗对水声基阵阵元表面振速的影响,研究了基于激励补偿的互辐射阻抗控制方法。首先分析了阵元表面振速与激励之间的关系,然后对比实际激励与理想激励的区别,得到激励补偿的计算公式,最后利用阵元间的互辐射阻抗修正了激励补偿计算公式。仿真结果表明:在低频、小间距基阵中,激励的幅度和相位需采用所提算法进行较大的补偿,以达到互辐射阻抗控制的效果。     

采用RLS算法的功率倒置阵列的性能

为解决功率倒置阵列采用LMS算法时收敛速度和稳态失调误差不能兼顾的缺点,提出了采用RLS算法实现功率倒置阵列的方法。仿真结果表明,功率倒置阵列采用RLS算法和LMS算法都能达到较好的抗干扰效果。和LMS算法相比,RLS算法同时具有收敛速度快和稳态失调误差小的优点,代价是计算量增大。