一种利用高阶谱相位数据进行时延估计的新方法

本文提出了一种利用高阶谱相位数据进行时延估计的新方法。对于无噪声干扰或是不相关高斯噪声干扰的信号来说,互谱相位数据时延估计能给出较好的估计结果。但是若存在相关高斯噪声干扰时,利用高阶谱相位数据进行时延估计就有较突出的优点,其精度高于互谱相位数据时延估计法。在频域内经过适当加权,能更有效地提高估计精度。     

浅海多径时延估计的功率谱加权自相关方法

针对浅海近距离时倒谱多径时延峰变弱难以提取的问题,提出了一种功率谱加权自相关多径时延估计方法。该方法采用FFT估计信号功率谱,对功率谱取1-α次幂(0<α<1),再进行IFFT变换,对其实部进行峰值检测获得多径时延估计。根据目标能量通过特性在正横前递增正横后递减的特点,在已检测时延前后一定区间内搜索下一个时延值,实现多径时延的自动提取.理论分析表明,多径时延估计的倒谱法与自相关法都可以看作功率谱加权自相关法的特例.海试数据处理与基于Bellhop射线模型的仿真计算表明,该方法在近距离时多径时延峰比倒谱法更清晰,输出信噪比提高了3~4 dB.采用该方法自动提取的海底反射多径时延用于单个水听器对目标距离的估计,与GPS测量距离基本相符,验证了方法的有效性.      

基于二次相关的语音信号时延估计改进算法

目前语音信号的时延估计研究,大部分采用的是广义互相关算法。然而,广义互相关时延估计算法易受噪声和混响环境影响。为此,本文提出了一种基于二次相关的语音信号时延估计改进算法,该算法对语音信号进行二次互相关运算,并结合Hilbert变换,对二次互相关峰值进行进一步的锐化处理,使得反映时延的峰值点检测更为准确。实验结果表明,改进的时延估计方法在非平稳的语音信号中能够有效地抑制噪声干扰,且在不同混响条件下时延估计具有更好的性能。     

随机共振法估计二水听器时延差

针对二元阵航船目标方位估计问题,提出了一种基于随机共振滤波的航船辐射噪声双水听器时延差估计方法。设计了一种随机共振滤波器,提取航船螺旋桨旋转噪声在水听器接收信号中出现的本地时间,并通过滤波结果的互相关来估计目标辐射噪声分别到达两个水听器的时延差。在5 dB的输入信噪比下进行200次仿真,提出方法时延估计的归一化均方误差要低于互谱方法一个数量级。对于海试中的非合作航船,提出的方法可以在1 km距离下准确估计出目标辐射噪声到达双水听器的时延差,从而为在二元阵上实现对航船目标的准确测向提供基础。      

广义相位谱延时估计

两个或多个接收信号之间的延时估计问题在很多工程应用中具有极其重要的意义。本文提出了广义相位谱延时估计这一概念,推导了它的方差,阐明了它与广义互相关延时估计之间的关系,本文提出了一种次最佳的幅度平方加权的广义相位谱延时估计方法,理论计算和计算机模拟实验结果表明,在所提出的多途信号模型条件下,幅度平方加权延时估计的性能优于Picrsol提出的相位参数延时估计性能。广义相位谱延时估计在工程实践上具有充分有效地利用FFT大规模集成电路新技术,减少计算量和简比设备的优点。     

利用船舶噪声的自相关与倒谱联合估计多径时延

对2007南海试验中多个航路船舶噪声的自相关和倒谱特征进行了分析研究,结果发现:近距离处倒谱图中的时延峰曲线消失、自相关相对倒谱有更高的时延峰检测信干比。类似现象此前未见报道,说明在一定条件下采用单一自相关法或倒谱法均难于连续检测时延峰。为解决这一问题,首先应用射线声学理论结合数值仿真,解释了该试验现象的产生与“随距离减小,倒谱和自相关的时延峰绝对幅度分别减小和增大”的性质有关,进而提出了一种利用船舶噪声的自相关和倒谱联合估计多径时延的方法。海试数据处理结果表明:本文方法能够稳健地跟踪多径时延峰,有效地弥补传统单一自相关法和倒谱法的不足,对解决多径时延的连续估计问题有明显效果。      

互谱域MVDR自适应时延估计方法研究

针对窄带信号,通过构造互谱时间序列,在互谱域建立了平稳时间序列时延估计的最小方差无畸变响应(MVDR)滤波器模型;利用分段近似处理,类比空间MVDR自适应算法,给出了其具体算法(Algorithm of MVDR in cross spectral domain,CSMVDR);进行了数值仿真实验研究和海上实验数据处理。数值仿真与实验数据处理结果初步验证了CSMVDR时延估计对于舰船辐射噪声的适用性,CSMVDR时延估计有比相关检测更好的时延估计性能,能够提高信噪比增益和时延估计精度。     

利用多级时延估计与传递函数拟合的水下自干扰抑制法

提出了一种利用传递函数拟合与多级时延估计相结合的自干扰抑制方法来抑制接收信号中的强自干扰信号。首先通过频域解卷积估计发射泄漏的传递函数,进而构建出基本的对消信号,再通过互相关法与互谱法相结合的多级时延估计,精细补偿对消信号,获得良好的自干扰抑制效果。对实际海试数据的处理结果表明,当采用无人水下航行器(UUV)搭载一体化系统,在舷侧阵工作扇面内发射多帧线性调频(LFM)信号对目标船进行有源探测时,该方法的抑制比可达36 dB,且使得可检测回波的信干比从-30 dB降低到-55 dB,对后续的自干扰信号存在同样的抑制效果。以上结果表明该方法可抑制强自干扰信号,呈现出了较强的稳定性,使得淹没于强自干扰信号中的回波信号得以检测。     

广义互相关电晕放电辐射信号时延估计方法

电晕放电等辐射源定位多采用基于时延估计的时差定位方法实现的,在现场条件下,各种背景噪声和干扰对时延估计精度造成影响。在分析国内外研究动态的基础上,针对基本互相关时延估计存在的分辨率低、稳健性不高等局限性,研究基于广义互相关的时延估计算法,并且通过采用不同的权值函数进行仿真比较和实验验证,寻找适用于电晕放电辐射信号时延估计的方法。研究表明:基于Hassab-Boucher (HB)加权的广义互相关时延估计方法对实际测试环境中存在的周期性干扰具有较好的抑制效果,时延估计误差达4.5%,精度较高,在实际的工程应用中用于对电晕放电信号进行时延估计和远距离定位是可行的。     

脉冲压缩与互相关联合的合成孔径声呐回波时延补偿

针对合成孔径声呐中阵元相位不一致导致互相关时延补偿算法对成像质量提升效果有限的问题,提出了一种脉冲压缩与互相关联合的回波时延补偿算法.该算法利用脉冲压缩回波的互相关对原始回波相位畸变进行校正,实现粗补偿;联合脉冲压缩与偏移相位中心算法实现精细时延补偿,对不同合成孔径位置各阵元回波时延差实现了较为准确的估计,增强了成像效果。试验数据经该算法处理后,回波时延得到较为精确的补偿,地貌成像结果的亮度、对比度等统计特性得到不同程度的提高,且纹理细节增多;典型线缆目标的成像聚焦加深,成像长度误差约由5%减小为0.8%。试验结果显示,该算法对互相关时延补偿方法改进效果明显,验证了算法的可行性、有效性。      

Angle of arrival estimation using spectral interferometry

We have developed a correlative signal processing concept based on a Mach-Zehnder interferometer and spatial-spectral (S2) materials that enables direct mapping of RF spectral phase as well as power spectral recording. This configuration can be used for precise frequency resolved time delay estimation between signals received by a phased antenna array system that in turn could be utilized to estimate the angle of arrival. We present an analytical theoretical model and a proof-of-principle demonstration of the concept of time difference of arrival estimation with a cryogenically cooled Tm:YAG crystal that operates on microwave signals modulated onto a stabilized optical carrier at 793 nm.     

基于倒谱分析的单水听器目标运动参数估计

基于浅海射线声学多途结构,提出了一种具有高稳健性、高精度的单水听器目标运动参估计方法.针对匀速直线运动目标,综合多途时延差和运动学几何关系,构建了目标三维多途时延模型,进而获得目标运动参数与多途时延差的非线性时间映射.研究了典型水声信道的倒谱表达式,提出了利用倒谱提取多途时延差的策略.采用差分进化综合优化手段估计目标运动参数,提高了算法的稳健性.理论及仿真结果表明,倒谱的时间分辨率不受信号带宽的限制,而主要取决于信号类型和信噪比;CW信号的倒谱对多普勒不敏感;参数估计精度主要取决于时延差估计精度和参与差分进化运算的信息量,当包含有最近点信息时参数估计性能较好.水池实验结果进一步验证了方法的正确性和有效性.     

检测及精估目标运动参量的广义自适应相关器技术

本文结合自适应Ｒｏｔｈ时延估计器和拷贝相关器,提出了一种既检测多亮点目标回波,又可以在低采样频率下,精估μｓ有方位时延的广义自适应拷贝相关器算法,并进行枚的理论分析,完成了计算机仿真,验证了该算法具有较高的处理增益和参量精估精度,很适合于检测和高分辩精估目标多亮点的方位,距离和多卜勒,从而为尺度识别奠定了基础。     

检测及精估目标运动参量的广义自适应相关器技术

本文结合自适应Ｒｏｔｈ时延估计器和拷贝相关器,提出了一种既可以检测多亮点目标回波,又可以在低采样频率下（采样间隔ｍｓ级）,精估μｓ级方位时延的广义自适应拷贝相关器算法。并进行了深入的理论分析,完成了计算机仿真：验证了该算法具有较高的处理增益和参量精估精度,很适合于检测和高分辨精估目标多亮点的方位、距离和多卜勒。从而为尺度识别奠定了基础。     

Validity of extracting photoionization time delay from the first moment of streaking spectrogram

Photoionization time delays have been studied in many streaking experiments in which an attosecond pulse is used to ionize the atomic or solid state target in the presence of a dressing infrared laser field. Among the methods of extracting the time delay from the streaking spectrogram, the simplest one is to calculate the first moment of the spectrogram and to measure its offset relative to the vector potential of the infrared field. The first moment method has been used in many theoretical simulations and analysis of experimental data, but the meaning of this offset needs to be investigated. We simulate the spectrograms and compare the extracted time delay from the first moment with the input Wigner delay. In this study, we show that the first moment method is valid only when the group delay dispersions corresponding to both the spectral phase of the attosecond pulse and the phase of the single-photon transition dipole matrix element of the target are small. Under such circumstance, the electron wave packet behaves like a classical particle and the extracted time delay can be related to a group delay in the photoionization process. To avoid ambiguity and confusion, we also suggest that the photoionization time delay be replaced by photoionization group delay and the Wigner time delay be replaced by Wigner group delay.     

一种基于最优频段的X射线脉冲星累积轮廓时延估计方法

为提高X射线脉冲星导航中累积脉冲轮廓的时间延迟估计精度, 分析了X射线脉冲星累积脉冲轮廓的频谱特性和现有Taylor快速傅立叶变换时延估计算法的缺陷, 提出了一种基于最优频段的累积轮廓时延估计算法, 并通过建立不同信噪比下时延估计误差与所采用频段之间的关系以确定最优频段. 数值及实测数据实验结果表明: 在短时观测或光子流量较小时, 该算法优于常用的近似最大似然 (FAML)、相关 (CC)、最小二乘 (NLS) 及加权最小二乘 (WNLS) 方法; 在观测时间较长或光子流量较大时, 该算法的估计精度与CC及NLS方法相当, 但其运算量低于NLS, FAML 及WNLS方法. 本文所提算法适用于短时观测脉冲轮廓或低流量脉冲星的高精度时延估计.     

利用深海回声多途结构匹配估计目标深度EI北大核心CSCD

提出一种利用深海目标回声多途亮点簇时延和幅度结构匹配估计目标深度的方法。目标回声结构是双程信道传递函数和目标声散射函数的卷积,在深海近海面或近海底条件下表现出回声亮点簇的特性,且亮点簇时延幅度结构与目标深度相关,可用于估计目标深度。建立了在深度-距离网格上利用非线性规划代价函数对目标深度进行匹配估计的方法。分别对簇间时延偏差和海水声速剖面(SVP)偏差对匹配估计的影响进行了仿真分析。一次南海冬季试验结果显示,在水深1 km、距离5~8 km条件下,水下40 m处的目标回声呈现出3个时延间隔约0.3 s的亮点簇结构,将其用于目标深度匹配估计的误差范围在0~65 m。     

浅海运动目标波束域波导不变量测距方法研究

波导不变量是描述海洋波导环境声信号水平距离与频率干涉结构现象的特征参量。运动目标波导不变量测距方法需要已知目标速度值,运动目标速度一般是未知的。针对这一问题,本文提出了一种利用水平线阵估计目标运动速度的浅海波导不变量测距方法。该方法通过不同时刻波束域声信号互谱分析进行声源速度估计,结合HOUGH变换提取的LOFAR图斜率和波导不变量进行运动目标测距。仿真结果表明,该方法能够有效的进行运动目标的距离估计。利用2013年7月浅海实验数据,该方法估计出了发射船的距离,并与GPS测量的距离进行对比,相对误差小于10%。