宽带恒定束宽波束形成器的设计与实现

本文提出了一种设计宽带恒定束宽波束形成器的方法,这对应用于海底探测和分类问题的声纳系统来说十分重要,对于给定频带宽度的信号,选择一定数量的频率点来表达其频率响应,对于一个给定的频点,可以通过现有方法导出满足恒定宽要求的加权矢量,例如对于一个线阵列,可用切比雪夫多项多得到其加权矢量,因此对于一个具有Ｎ个阵元的宽带阵,如果选择Ｍ个频率点,可以得到一个ＮＭ的加权矩阵,这个矩阵的每一行代表一个阵元的频率响     

心脏磁场分布电流源重构及其精度分析

用测量到的心脏磁场信号重构其电流源是一种无创揭示心脏电活动的方法. 心脏电活动的时空信息可视化, 将有助于心脏功能的研究和心脏疾病诊断. 本文通过仿真实验研究了一种减时窗波束形成器对分布时变电流源的重构能力, 以及源重构结果与心室兴奋传播的关系. 采用元胞自动机模拟心室的兴奋传播, 产生分布随时间变化的电流源, 并用边界元法构建了一个心脏-躯干模型, 模拟体电导的作用. 仿真结果表明, 这种减时窗波束形成器能够重构分布时变电流源, 并达到较好的精度. 将该方法和无穷大均匀介质导联矩阵用于一例正常人的心脏磁场信号分析, 其结果可以反映心室兴奋传播的基本特征. 关键词： 心磁图 源重构 边界元 波束形成器     

多项式结构宽带波束形成器的性能分析及其改进

首先从理论上分析了多项式结构宽带波束形成器的鲁棒性能。分别从传声器失配误差影响下阵列波束图扰动的统计分析以及白噪声增益分析两个方面揭示了影响多项式结构宽带波束形成器鲁棒性能的内在规律。发现当波束主瓣指向处于可调范围边缘时,与指向中心相比,多项式结构波束形成器的鲁棒性能变差。然后分析了影响多项式结构宽带波束形成器阵列指向性指数的主要因素,指出了多项式结构的截断误差会导致宽带波束形成器的主瓣指向出现偏差,进而造成阵列指向性指数性能下降。为了克服现有设计结构存在的缺陷,提出了一种具有波束主瓣指向自校正能力的改进设计结构。与现有设计结构不同,所提出的设计结构中的调向功能模块能够充分反映出波束期望指向和实际指向之间存在的非线性关系,避免了现有设计方法因采用线性调向功能模块而造成较大波束指向偏差的问题,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。     

频率不变波束形成器抽头稀疏化设计的交替方向乘子法

针对具有空间响应变化函数约束的频率不变波束形成器设计问题,提出了采用交替方向乘子法实现抽头稀疏设计的优化算法。该算法利用交替方向乘子法能够将原始优化问题进行分裂处理的特点,通过引入替代变量和指示函数,使得表征波束形成器抽头稀疏度量的非凸L₀范数与阵列响应约束分离,进而将问题分裂到元素层级并给出近邻算子的解。对于指示函数的近邻算子求解,在分裂到元素层级后则退化为简单的双边约束问题,因而降低了优化求解的计算复杂度。仿真分析表明,提出的方法比现有的L₁范数方法在宽频带条件下的抽头稀疏度能够提升6%~13%,通带最大波动误差减小了约2 dB,并且优化消耗时间更短。实验结果进一步验证了所提方法在实现高抽头稀疏度波束形成的同时,对声信号造成的失真更小。因此,所提出的方法在降低传声器阵列波束形成器的实现复杂度以及保持阵列响应的频率不变性能方面更具有优势。     

融合插值点优化的多项式结构宽带波束形成器设计方法

多项式结构设计方法是主瓣指向可调宽带波束形成器设计的一类重要方法。多项式结构的阶数是有限的,导致主瓣实际指向与期望指向之间存在偏差,因而影响了波束形成器的指向性指数。针对这一问题,该文提出了一种基于插值点优化的多项式结构宽带波束形成器设计方法。首先,引入多项式结构插值点处阵列响应的空间导数约束,以减小主瓣指向偏差;进而利用粒子群优化算法对多项式结构中的插值点进行优化,以充分利用插值点位置提供的自由度进一步提升多项式结构宽带波束形成器的性能。优化设计结果表明,与现有设计方法相比,该文提出的方法不仅降低了主瓣的指向偏差,同时也提高了指向性指数,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。     

波束空间能量约束的稳健自适应波束形成

为改善波束形成器在一定失配条件下的工作性能,提出了一种稳健自适应波束形成方法。该方法通过设计信号在波束空间能量分布的约束条件,利用阵列数据协方差矩阵,结合迭代二阶锥规化方法,实现信号驾驶向量的估计,最后利用该估计得到最小方差无失真响应波束形成器。该方法在较恶劣的失配条件下也可以自适应地准确估计信号驾驶向量并保证其成分无失真地通过,使系统的稳健性得到改善。数据仿真结果表明,该方法在理想条件下与成熟的对角加载法性能相当,在失配条件下则优于后者。     

基于贪婪稀疏方法的心脏磁场源重构

心脏磁场源重构, 即通过人体胸腔表面的磁场阵列测量信号反演产生该磁场的电流源分布, 是一种无创地研究心脏电活动的方法. 本文用线性化方程描述测量磁场与心脏内部电流源的关系, 并通过一种贪婪优化的方法得到了源重构的稀疏解. 通过近似正交化过程和改变迭代算法中原子的选择方式, 降低了优化算法的复杂度, 可在保证源重构精度的情况下, 快速搜索源空间中强度比较大的位置. 文中通过一组正常人的心磁测量数据, 说明了源重构方法的有效性. 这组数据的研究结果表明, 强度大于65%的重构电流源的空间移动轨迹与心脏除极和复极电活动的传导过程基本符合. 其QRS 和ST-T 段的实测心磁图与重构电流源产生的磁场图的平均拟合优度分别为99.36%和99.78%. 关键词： 心磁图 逆问题 稀疏解 正交匹配追踪     

基于时频分析的多目标盲波束形成算法

针对现有盲波束形成算法适用范围较窄, 多目标信号分离级联模式结构复杂、并联模式稳定性较差等问题, 提出一种基于时频分析的多目标盲波束形成算法. 该算法首先利用时频分析技术给出信号导向矢量的不确定集, 然后优化求解导向矢量的最优估计, 最后利用Capon方法实现多目标信号的并行输出. 理论分析及仿真结果表明, 该算法对信号特性没有特殊要求, 适用性较广, 性能稳定, 且输出信干噪比高于其他盲波束形成算法, 接近于最优Capon波束形成器.     

一种基于矢量水听器阵的归一化加权Capon波束形成方法

矢量水听器同时拾取声场的标量信息声压和矢量信息振速。本文在分析了各向同性噪声场下矢量水听器阵Capon波束形成方位谱的基础上，提出了一种归一化加权Capon波束形成的改进算法，并给出了方位谱的表达式。本方法不需要特征分解，并且得到的是通常意义上的功率谱(可用于估计信号的能量)。仿真计算表明，此方法的性能优于Capon法，可大大提高方位估计的精度。     

Neonatal EEG signal characteristics using time frequency analysis

Time-frequency analysis is a way to represent the energy contents of a signal in the joint time-frequency domain. It provides a good visual way to separate the frequency contents of a multi-component signal, and display the changes of these components with respect to time. This paper outlines investigative work on neonatal EEG signals using time-frequency analysis. The Cohen’s class distributions are discussed, and kernel optimisation for the Cohen’s class distributions is outlined. Segments of EEG with different background continuity states are analysed using a Cohen’s class distribution, and their characteristics are discussed. Through this paper, interesting information that offers insight towards the EEG signal can be visualized from the time frequency analysis.     

基于信号子空间重构的鲁棒子区域Frost波束形成

本文针对一个感兴趣子区域内的宽带波束形成问题, 提出一种基于信号子空间重构的鲁棒Frost波束形成算法. 该算法的基本思想是利用一个矩阵滤波器从所估计的信号加干扰子空间中提取感兴趣信号(SOI)的特征分量; 然后利用该特征分量重构信号子空间; 最后利用重构的信号子空间构造一组线性约束最小方差(LCMV)准则, 来保证SOI近似无失真通过. 与现有的其他鲁棒Frost波束形成算法相比, 本文算法的一个显著优点是在未知SOI实际波达方向与频带等先验信息的情况下, 其导向与带宽均能够自适应地匹配SOI. 因此在整个感兴趣子区域内, 它都能获得接近最优值的输出信干噪比. 理论分析与仿真研究验证了算法的有效性.     

基于独立成分分析和经验模态分解的混沌信号降噪

基于经验模态分解和独立成分分析去噪的特点,提出了一种联合独立成分分析和经验模态分解的混沌信号降噪方法. 利用经验模态分解对混沌信号进行分解,根据平移不变经验模态分解的思想构造多维输入向量, 通过所构造的多维输入向量和独立成分分析对混沌信号的各层内蕴模态函数进行自适应去噪处理; 将处理后的所有内蕴模态函数进行累加重构,从而得到降噪后的混沌信号. 仿真实验中分别对叠加不同强度高斯噪声的Lorenz混沌信号及实际观测的月太阳黑子混沌序列进行了研究, 结果表明本文方法能够对混沌信号进行有效的降噪,而且能够较好地校正相空间中点的位置, 逼近真实的混沌吸引子轨迹. 关键词： 独立成分分析 经验模态分解 混沌信号 降噪     

基于循环平稳信号相干统计量的脉冲星周期估计新方法

讨论了脉冲星的周期估计在脉冲星搜索中的重要性.将脉冲星观测信号建模为二阶循环平稳模型,仿真验证了其合理性.在此基础上,提出了一种基于双谱相干统计量的周期估计新方法,并给出了稳健有效的周期搜索策略以消除其对数据量的敏感性.分别对单脉冲脉冲星(PSR J0437-4715)的实测信号和双脉冲脉冲星(PSR B1821-24)的仿真信号进行了周期估计,实验表明,相比较于常用的傅里叶频谱法,该时域方法直观、有效,在低信噪比情况下仍具有很好的性能,且适用于非连续观测数据.尽管方法运算量较大,但仍然可为微弱脉冲星的周 关键词： 脉冲星 脉冲星搜索 周期估计 循环平稳信号     

FCM-FastICA的点蚀声发射信号分离识别方法*

金属点蚀是一种破坏性和隐患较大的设备损伤形式。点蚀会产生声发射信号。点蚀过程中产生的多种声源类型会造成信号混叠,影响腐蚀进程的判断。针对点蚀信号混叠问题,提出一种模糊C均值聚类与快速独立分量分析算法相结合的点蚀信号分离识别方法。通过分析单、双点蚀声发射数据将点蚀分为钝化膜破裂阶段、点蚀诱导成核及发展阶段,由聚类确定信号类别并用快速独立分量分析分离混合信号,利用相关性函数验证分离效果。结果表明：单点蚀过程存在3类原信号,双点蚀过程存在7类信号,其中包含单个信号与混合信号;单个信号与原信号相关性极高,达到0.8以上,混合信号的分离分量与原信号相关性达到0.6以上,分离效果较好。该方法可对点蚀混合信号进行有效分离和识别,为腐蚀进程判断提供支持。     

基于PCI和RS-422的隔离多路信号源与上位机通信的设计与实现

设计了基于PCI总线和RS-422的隔离多路信号源,PCI9054搭建起PCI接口电路,采用分片、分帧的乒乓数据传输结构完成数据的传输。该数据传输方式具有通用性强、操作灵活、升级和扩展能力强等优点。重点分析了上位机与测试台的PCI通信协议,乒乓数据结构及测试台内部板卡间的RS-422通信方式,并调试其与上位机通信。实验测试证明,与传统方式相比,数据准确性和稳定性明显提高,能以86MBps的速率进行数据传输。     

采用空间谱加权稀疏约束的稳健Capon波束形成方法

针对标准Capon波束形成器旁瓣级高以及期望信号方向存在误差时,性能会严重下降的问题,提出一种基于噪声及干扰空间谱加权的稀疏约束Capon波束形成方法。该方法利用波束响应本身具有的稀疏特性,以及在稀疏重构算法中l₁范数具有抑制较大值保护较小值的特性,使用噪声及干扰的空间谱对不同角度的波束响应进行加权,然后施以稀疏约束。仿真、水池试验与湖上试验中,与其它几种方法比较表明该方法可以降低波束形成器的旁瓣级,获得较深的零陷,提高了阵列输出信干噪比与抗导向向量误差的能力。     

时频分析在超宽带散射信号处理中的应用

简要介绍了伪Wigner分布和小波变换信号处理中的分析方法,描述了在超宽带散射信号分析中的应用情况,对一些简单形状的金属散射体的双站背向散射信号作了实际测量,并且用伪Wigner分布和小波分析方法对这些信号进行了时频分析,由此验证了超宽带信号在目标探测和识别方面的优越性。     

基于LabVIEW的特殊复杂信号源研究与设计

围绕导航通信系统的抗干扰测试需求以及对现役无线电导航系统的性能评估任务,研究并设计了一种复杂环境下的信号源并给出了数学模型。该信号源设计要求能够产生包括理想、多径、干扰以及信道噪声在内的、具有天线效应的实际复杂信号。在多径延时的设置上,给出了一种精度更高,延时任意的信号生成方法。最后以PXIe-5672为硬件测试平台,由计算机软件LabVIEW产生波形数据,并通过控制仪器驱动实现信号的存储和发生,完成了整个信号源的设计。仿真结果表明了该设计方案可行有效。