双线阵目标左右舷分辨概率分析

基于二元假设检验理论,研究了双线列阵对目标方位左右舷分辨的正确和错误概率。根据阵列接收窄带信号的概率密度函数,定义了左右舷判决统计量,当信号快拍数足够大时,左右舷判决统计量接近正态分布,从而可得到窄带信号的左右舷分辨概率。利用子带信号左右舷分辨概率的频率加权或波束加权,得到频率或波束加权的宽带信号左右舷分辨概率。理论和数值分析表明,窄带信号的左右舷分辨概率取决于双阵间距,而宽带信号的左右舷分辨概率对阵间距的宽容性较大。     

窄带语音带宽扩展算法研究

为了降低谱失真,提出了一种基于隐马尔科夫模型的窄带语音带宽扩展算法。首先,算法选取与宽带谱包络互信息大的参数构成特征矢量,并利用隐马尔可夫状态和过去观察特征矢量的联合先验概率估计条件后验概率。其次,以条件后验概率为基础,算法结合贝叶斯条件参数估计法和最小均方差准则估计宽带谱包络。针对宽带激励信号估计,基于信号高频和低频的谐波相关性,提出了一种中频激励扩展算法。实验结果表明,与传统的基于隐马尔可夫模型的带宽扩展算法相比,本文算法可降低0.187 dB的平均谱失真,将谱失真大于10 dB的语音帧减少了34.3%。      

阵列信号源中的窄带噪声实时生成与时延控制技术研究

针对鱼雷声自导测试信号源中的目标辐射信号模拟问题,集中探讨窄带噪声的生成及其通道间时延控制算法。首先研究窄带噪声实时生成算法,基于线性同余法生成均匀噪声,以其作为查询噪声池的地址,产生宽带噪声,并通过带通滤波得到窄带噪声。为保证模拟目标的方位角精度,精确控制各个通道的时延量,提出适用于宽带信号的延时滤波算法,基于多采样率信号处理技术,通过对噪声信号进行插值、延迟、选抽、滤波等操作,提高时延控制精度。结合算法原理分析,得到延时滤波的简化算法。数字仿真表明,提出算法适用于窄带信号实时生成,时延控制精度高。     

基于张量分解的简正波模态参数估计

提出了一种基于张量分解的模态深度函数和模态水平波数(统称模态参数)估计方法,解决了传统子空间方法对模态正交性的依赖。利用经距离补偿后声场的平移不变性,将模态参数估计问题转化为三阶张量的规范多元分解(CPD)问题,分解得到的因子矩阵可用于同时估计模态深度函数和模态水平波数。推导了模态参数估计问题下张量分解的唯一性条件,结果表明该方法可在模态深度函数采样向量线性无关的条件下,使用较少的深度维采样和距离维采样实现模态参数估计。仿真结果还表明该方法在距离采样孔径较小时依然具有较好的估计性能。将该方法应用于SwellEx-96实验数据,得到了与实验海域环境较吻合的模态参数估计结果。仿真和实验数据均验证了该方法的有效性。     

解调带宽对船舶辐射噪声调制谱的影响

利用傅里叶分解原理建立了幅度调制的船舶辐射宽带噪声信号数学模型,导出了基于平方解调算法船舶辐射噪声调制谱数学表达式。通过理论分析和仿真计算得到了关于调制谱分析两个新的结论:(1)解调性能与解调处理带宽关系:在声呐接收的船舶辐射噪声各频带调制度相同时,解调性能正比于解调所采用的带通滤波带宽,解调所采用的带通滤波带宽越宽,解调谱信噪比越高;(2)宽带解调谱和子频带解调谱之间关系:船舶辐射噪声宽带解调谱可以近似认为各子频带解调谱之和。为了验证以上两点结论,对实际船舶辐射噪声解调谱进行了相应处理,结果与仿真计算吻合较好。      

一种裕量最大的高速载波比特功率分配算法

在国家电网公司Q/GDW 1379.4-2013技术规范对智能电能表载波通信单元功率消耗的限定要求下,为保障低压远程电力集抄台区本地通信链路的传输速率稳定可靠,给智能用电实时交互平台提供带宽支持,提出了一种裕量最大的高速载波比特功率分配算法。该算法以兼并窄带载波和宽带载波优势的G3-PLC技术为应用对象,使用约束注水法限定各子载波的传输比特数,根据时变的电力信道增益自适应调整比特功率分配方案,并响应通信服务质量QoS对系统误码率和目标传输速率的要求,结合信噪比门限算法对约束注水法进行界定和优化,得到了功率裕量最大化的表达式。仿真结果表明：提出的算法优于低反馈开销算法,能够适应低压电力线信道。在系统目标传输速率为200kbps时,达到了最大裕量值20,极大程度地降低了通信单元调制解调芯片实际的功率消耗。     

宽带相关噪声中窄带信号的高分辨率谱估计法

本文提出在宽带相关噪声中,提取窄带信号谱分量的一种高分辨率谱分析方法.基于宽带噪声的相关半径远小于窄带信号分量的相关半径,在输入时间过程的相关函数的大延时部份,宽带噪声的影响已相当弱.因而可利用测量到的大延时部份的相关函数来估计窄带信号的谱分量.本文首先用复指数近似方法,将大延时相关函数内插,得到窄带信号分量的小延时部份的相关函数的估计值.利用大延时相关函数的测量值,加上小延时相关函数的估计值,构成完整的相关函数。其次,按最大熵方法外推相关函数,得到高阶的最大熵预测系数,由此得到窄带信号分量的频率、功率和带宽的精确估计.为了达到高分辨率而采用高阶相关矩阵,谱估计的运算量十分大.本文提出节省运算量的有效方法,可避免同时解出全部谱分量,而仅选出功率较大的谱分量来对其频率作精确估计.最后,以宽带相关噪声中的多个正弦信号为例,给出了线谱分量的各参量估计的计算机模拟结果.本文提出方法的谱分辨率较常规谱分析法的谱分辨率提高很多倍.     

矢量水听器垂直阵列数据融合高分辨方位估计算法

为了实现矢量水听器垂直阵列对目标的高分辨方位估计,提出了基于MUSIC子频带最优加权数据融合方法。该方法采用MUSIC算法对划分的各窄带信号进行方位估计,并在各子频带对多基元方位估计结果进行最优加权最小二乘融合处理,最后通过加权直方图统计法得到最终方位估计结果。对算法进行的仿真及海上试验数据处理结果表明:本文算法在方位估计精度、方位估计正确概率、多目标分辨以及对噪声子频带的抑制能力方面都优于单个基元MUSIC以及多基元复声强器融合算法。      

矢量水听器垂直阵列数据融合高分辨方位估计算法

为了实现矢量水听器垂直阵列对目标的高分辨方位估计,提出了基于MUSIC子频带最优加权数据融合方法。该方法采用MUSIC算法对划分的各窄带信号进行方位估计,并在各子频带对多基元方位估计结果进行最优加权最小二乘融合处理,最后通过加权直方图统计法得到最终方位估计结果。对算法进行的仿真及海上试验数据处理结果表明:本文算法在方位估计精度、方位估计正确概率、多目标分辨以及对噪声子频带的抑制能力方面都优于单个基元MUSIC以及多基元复声强器融合算法。     

Costas编码跳频信号多普勒容限及其在多声源宽带正交检测中的应用

针对Costas信号的传统宽带匹配滤波因拷贝信号生成过程复杂而带来的计算复杂度高的问题,给出了一种通过计算宽带回波与窄带近似回波的互相关度进而得到Costas信号多普勒容限的数值计算方法,并提出利用容限值对预测目标多普勒范围进行分段窄带近似处理,从而避免了大量的时域伸缩变换,简化了拷贝信号的生成复杂度,提高了宽带匹配滤波的处理效率。随后,将这种方法扩展应用到多声源多目标的回波检测中,利用Costas信号的正交性及多普勒容限值,设计了一种宽带正交匹配检测器,大大提高了多目标声探测的效率。实验仿真和分析证明了多普勒容限求取方法的正确性及其应用于宽带正交匹配检测的有效性。      

基于VMD自适应模态重组的光学下变频信号分离方法

光学下变频技术可将宽频带内全部电磁信号同时下变频到低频区间进行接收,是一种新型宽频带电磁环境快速接收技术。但是,获取的光学下变频信号中包含源个数未知、带宽不同的多种信号,现有信号分离方法需要获知源信号的个数,且无法同时分离窄带信号和宽带信号。为实现对光学下变频信号的自动分离,提出了一种基于变分模态分解（VMD）自适应模态重组的光学下变频信号分离方法。通过频谱分割因子和频谱包络检测,对光学下变频信号的VMD过分解模态进行自动重组和信号重组模态提取,实现光学下变频信号分离。对于包含普通脉冲信号、宽带码分多址（WCDMA）信号和线性调频脉冲信号的光学下变频信号,可自动实现对三种信号的分离,且与原信号的相似系数均高于0.97。实验结果表明,所提及方法在分离光学下变频信号时无需获知源信号的个数,并能同时分离具有不同带宽的多种源信号。     

快速收敛最小方差无畸变响应算法研究及应用

常规最小方差无畸变响应(MVDR)自适应波束形成是一种高分辨窄带波束形成器,它是利用实际声场的窄带互谱密度矩阵(CSDM)估计出自适应波束形成权向量。在实际应用中,MVDR算法需要较长的观测时间估计协方差矩阵,不利于对高速运动目标进行定位;对于宽带目标信号,MVDR算法需要对每一个CSDM进行求逆运算,计算量较大;在相干源条件下,目标信号之间会发生"对消"现象,MVDR算法性能急剧恶化。本文提出了基于子带子阵处理的快速收敛MVDR自适应波束形成方法。首先将全频带划分成一组子带,将接收线阵划分成一组子阵,然后对每一子带计算降维的驾驶协方差矩阵(STCM),从而得到快速收敛MVDR自适应波束形成的权值和空间谱估计结果。同时采用双向空间平滑方法对相干源进行MVDR空间谱估计。仿真和海试数据处理结果表明该算法在保证高分辨力的同时,具有瞬时收敛的性能,双向空间平滑技术具有良好的解相干性能。      

字典奇异值分解加权压缩感知多径信号参数估计

为提高水声信道多径参数估计的分辨率,提出了一种基于字典奇异值分解的加权压缩感知算法。对于有源声呐,根据发射信号构造字典,对字典进行奇异值分解,利用大特征值对应的特征向量构造信号子空间,然后使用信号子空间对接收信号进行滤波。对滤波结果进行加权压缩感知参数估计,得出最终时延估计结果。仿真实验表明,所提方法能够对水声多径参数进行超分辨估计,适用于任何脉冲信号。湖试处理结果显示,混响背景下该方法也有较好的多径参数估计性能,能够降低接收数据的噪声成分,提高对水声信道的多径时延、个数和幅度的估计精度。      

红外点目标检测的小波变换方法研究

在对红外图像目标特性及背景特性分析的基础上,提出了基于小波变换高频子图像处理算法及基于小波变换的区域相关算法,着重解决当目标距离成像系统较远时的点目标检测问题.实验结果表明:将区域相关算法和图像局部区域阈值的自适应滤波检测技术相结合,可显著提高红外点目标检测概率,实现较远距离的点目标检测.     

近场子空间聚焦的碰摩故障声发射定位方法

针对宽带多源声发射信号的相干、多模态和能量衰减快问题,提出一种近场多重相干信号子空间聚焦的定位算法用于碰摩故障声发射源的定位检测。首先,为滤除干扰模态波、减小频散效应,采用基于模态声发射传播特性分析的小波分解滤波方法,从碰摩初期的声发射信号中获取零阶模态波及波速用于定位计算;其次,为实现信号解相干,提出基于双边相关变换(TCT)的近场聚焦矩阵估计方法;最后,针对声发射信号的能量衰减快问题,利用近场基于特征分解的多重信号分类(N-MUSIC)的空间谱估计方法来实现声源的精确定位。理论分析和实验结果表明:该方法定位精度高、计算复杂度低、稳定性强,能有效识别多个相干碰摩声源。相比传统相干子空间算法(CSM),该方法减少了信号初值和聚焦频点的计算量,对双声源的分辨概率较现有修正近场多重信号分类算法提高了17%,是一种有效的碰摩故障源检测方法。      

参数未知的舰船辐射噪声检测方法

舰船辐射噪声的检测方法已有广泛研究,其中线谱特征是检测的重要依据。基于线谱特征的舰船辐射噪声检测方法常需要线谱数目、频率等参数作为检测的先验信息,这些信息不准确或无法确知时,检测方法的性能会受到显著影响。针对实际应用中对于未知舰船无法获得其参数信息的情况,研究基于连续谱谱峰特征的更为一般性的信号存在性检测方法。将窄带信号瞬时频率分析的思想扩展到舰船辐射噪声这类宽带信号,从信号频率与能量分布的角度推导得到宽带信号"瞬时频率"的近似表示式。构建宽带信号的瞬时频率检测器,并对其性能进行理论分析,结果表明该检测器的性能主要受舰船辐射噪声瞬时频率方差以及接收信噪比影响。通过计算机仿真和实际数据对算法的性能进行了验证。      

参数未知的舰船辐射噪声检测方法

舰船辐射噪声的检测方法已有广泛研究,其中线谱特征是检测的重要依据。基于线谱特征的舰船辐射噪声检测方法常需要线谱数目、频率等参数作为检测的先验信息,这些信息不准确或无法确知时,检测方法的性能会受到显著影响。针对实际应用中对于未知舰船无法获得其参数信息的情况,研究基于连续谱谱峰特征的更为一般性的信号存在性检测方法。将窄带信号瞬时频率分析的思想扩展到舰船辐射噪声这类宽带信号,从信号频率与能量分布的角度推导得到宽带信号"瞬时频率"的近似表示式。构建宽带信号的瞬时频率检测器,并对其性能进行理论分析,结果表明该检测器的性能主要受舰船辐射噪声瞬时频率方差以及接收信噪比影响。通过计算机仿真和实际数据对算法的性能进行了验证。     

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。     

气体辐射宽带关联k模型的修正算法

求解有气体介质参与的辐射换热问题时,气体吸收带的带宽是一个重要的参数,同时它又是计算关联k模型中累积分布函数的参数.通过分析与计算证实,在计算吸收系数累积分布函数时,采用固定的带宽将引入较大误差,为此,将修正的宽带模型中计算带宽的方法引入吸收系数累积分布函数的计算.与窄带累积分布函数的比较表明,修正算法比固定带宽的算法更准确.     

利用简正模态相位关系的浅海声源深度分辨方法

针对浅海波导声源深度分辨问题,本文提出了一种利用简正波的相位关系进行声源深度分辨的方法。该方法通过对垂直阵接收到的信号进行简正波分解,得到简正波系数,在已知声源距离的情况下通过对简正波系数项的处理得到各阶简正波的相位关系,根据相位关系估计声源的深度区间。该方法在阵元数较少时依然可以分辨声源深度,而且对宽带信号、窄带信号、连续信号和脉冲信号均适用。理论分析和数值仿真的结果说明:只有近水面处声源激发的简正波满足相位一致的特性,利用此特性可分辨水面水下目标。仿真和海试结果证明:在海水声速随深度不变或缓变的水文环境下,该方法可以准确的分辨声源深度区间,并且在深度采样不充分的情况下仍然适用。