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。     

基于小波变换的广义相关时延估计算法

为了估计两个在空间上分离的传感器所接收信号之间的时间延迟，本文结合小波变换的特点，提出了一个基于小波变换的广义相关时延估计算法并给出了它的时域和频域公式，此算法与直接互相关法相比，能对信号与噪声的假设条件放宽且在低信噪比下能有效估计时延。为了提高时延估计精度，在广义相关时延估计的基础上本文又提出了基于基小波的二次加权法。经仿真证明了这两种算法的有效性。     

基于两次谱分析的时延估计方法研究

时延估计是目标定位跟踪系统的关键技术之一,在水声、雷达、声探测等领域广泛应用。时延估计的基本方法是互相关法和相位谱法。互相关法时延估计分辨率与信号带宽近似成反比,因此很难估计多目标时延。相位谱时延估计只能估计单目标时延,并且存在相位解绕问题。本文提出了两次谱分析时延估计方法,即将互功率谱函数再次进行谱估计,二次谱峰值位置间距即为时延估计,这种方法既能够估计单目标时延,又能够估计多目标时延,并且不用相位解绕。仿真计算验证了两次谱时延估计方法的可行性。     

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.     

采用L1/2稀疏约束的梅尔倒谱系数语音重建方法

提出了一种利用L_1/2稀疏约束从梅尔倒谱系数重建语音时域信号方法。从梅尔倒谱系数估计语音幅度谱是一个欠定问题,现有的方法均采用幅度谱最小均方误差估计或采用L1正则化进行幅度谱的稀疏约束。相比于L₁正则化模型,L_1/2的稀疏约束特性更强,为此,本文在从梅尔倒谱系数估计语音幅度谱时引入L_1/2正则化约束,并利用求解的稀疏幅度谱估计相位谱,最后利用估计的频谱重建时域语音信号。实验结果表明,与幅度谱最小均方误差法相比,本文算法所估计出的语音信号具有更高的语音质量;在噪声环境下进行语音重建实验,与L₁正则化幅度谱估计方法相比,本文算法重建的语音质量更好,表现出更好抗噪性。      

分布式压缩感知麦克风阵列多声源方位估计*

麦克风阵列已被广泛应用于音/视频会议等人机交互领域中时,多声源应用场景对声源方位估计性能提出了更高的要求。压缩感知(CS)声源定位算法将声源定位问题转化为信号的稀疏重构问题,相比传统的定位算法如相位变换加权（SRP-PHAT）和时延累加定位（DS）能够获得较高的定位性能,但多声源的存在一定程度上降低了稀疏程度,影响了CS重构性能。考虑到传统的CS定位算法并未利用多个连续语音帧之间声源空间向量的共同稀疏性,提出采用分布式压缩感知（DCS）理论以改善多声源的稀疏恢复估计的性能。仿真和实验结果表明,相比于传统定位算法和CS-OMP算法,DCS-SOMP算法在不同信噪比和不同声源强度的环境中,对多声源的方位估计都具有更好的定位性能和定位稳健性。     

自适应滤波器在时延估计中的应用——广义二次内插时延估计法

两个或多个接收信号之间的延时估计问题在许多工程应用中具有重要的意义。本文提出一种在接收信号的统计特性的先验知识了解甚少,或不了解的情况下,仍能准确地估计出接收信号间时延的方法,并推导了这一估计的方差。该方法是基于自适应噪声抵消器,在其收敛时,用权系数进行内插估计,与传统的用采样函数内插不同,本方法对F.A.Reed等人提出的二次内插法进行了改进,保证了估计精度,在实现上也比较简单。计算机模拟实验与海上实验结果与理论上的分析是一致的。     

进行子阵加权波束形成的波达方向估计

针对水声信道的多径效应以及海底散射信号信噪比低导致方位估计性能较差的问题,提出了一种基于子阵加权波束形成的UESPRIT算法(Weighted Beamspace UESPRIT Based on Subarrays,BS-BUESPRIT)。首先利用密集波束域转换矩阵估计回波信号的方位谱,进而估计同一时刻到达阵列的回波数目;之后将均匀线阵分为多个尺寸相同、相互重叠的子阵,利用加权波束形成对各子阵接收信号做指定方向的空域滤波;最后基于各子阵波束形成后的输出结果,利用UESPRIT算法实现回波方向的估计。仿真和湖试、海试试验结果表明,与UESPRIT算法相比,BS-BUESPRIT算法提高了信号波达方向估计性能,在多径和较低信噪比条件下有着更高的估计精度,应用于高分辨率测深侧扫声呐时有效地提高了声呐的测深性能。      

平面阵的方位估计算法及其误差分析

提出了一种基于信号相位匹配原理的平面阵方位估计的奇异值分解(SVDSPM)算法.推导了方位搜索需要的时延计算的一般公式,仿真分析了几种典型平面阵的方位估计性能,仿真结果表明: SVDSPM方位估计算法的性能优于MUSIC算法;理论分析了目标距离、传声器位置误差和接收通道幅度和相位不一致性等对定向性能的影响;以十字平面阵为例,仿真分析了上述几种因素对方位估计精度的影响,仿真结果表明:当传感器安装误差小于10 mm,接收通道幅度不一致性小于1.5 dB,接收通道相位不一致性小于10°和目标初始俯仰角大于45°时,方位估计的标准差小于0.5°.     

各向同性噪声场中单矢量传感器虚源消除MUSIC测向方法

针对各向同性噪声场中,单矢量水声传感器声压通道和振速通道的噪声功率不一致性造成MUSIC测向方法性能急剧下降的问题,提出了一种增秩MUSIC测向方法和一种幅度加权MUSIC测向方法。增秩MUSIC测向方法通过增加信号子空间维度消除虚源的影响,在单目标情况和低信噪比时可获得高精度方位估计结果,其性能接近克拉美洛界限(CRB),但它不能分辨双目标;幅度加权MUSIC测向方法通过对接收信号幅度加权消除了虚源,并且能分辨双目标。      

基于中国余数定理的欠采样下余弦信号的频率估计

基于中国余数定理的重构算法的信号频率估计是近年来信号处理、电磁学以及光学等领域的前沿问题,但目前这些研究仅限于对复指数信号做粗略频率估计.因而,本文把基于中国余数定理的频率估计从复指数信号粗估计拓展到实余弦信号精细估计领域,其所提出的估计方案处理过程如下:1)对高频余弦波形进行过零点检测,确定信号的相位信息;2)对各路欠采样信号做快速傅里叶变换,并借助Candan估计器对各路谱峰值做频率校正以获取高精度余数估计,基于此算出频偏值以做相位校正;3)用提出的基于相位特征分类方法对校正得到的余数做筛选;4)将筛选出的频率余数代入闭合形式的中国余数定理得到原信号频率的高精度估计.此外,本文还推导出了频率估计方差的理论表达式.数据模拟实验验证了该表达式的正确性,实验结果还反映了本文提出的方案具有高精度和高抗噪性能.     

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。     

一种恒定束宽波束形成矩阵的加权正交化方法

提出了一种加权正交化恒定束宽波束形成矩阵。对正交后不同频率分量对应的波束形成矩阵进行不同程度的加权,可以得到无畸变的波束输出信号,保证检测能力;并且当信号源具有均匀谱的情况下,可以实现波束形成前后无能量损失,获得高的方位估计性能。计算机仿真和水池实验数据分析证实了加权正交化方法可同时获得高的检测性能和方位估计性能。     

由频谱的相位函数重建原始信号的新方法

本文给出了由频谱的相位函数重建原始信号的新方法。它能由相位函数得到各原始信号分量的振幅和延时值,以及频谱的模函数。新方法的叠代运算收敛快,因而其运算次数较以往的方法大大减少。本文还采用复指数展开算法,推广上述算法用于延时不是取样周期的严格整数倍的情况,进一步获得各原始信号分量的延时值的精确估计。最后,文中给出了计算机模拟实验的结果。     

微弱信号源的和波束定向方法与分裂波束定向方法的性能比较

本文讨论水下辐射噪声源的精确定向问题，给出被动声纳和波束定向与分裂波束定向方法的性能比较。指出在一定信噪比下，分裂波束精确测向技术比和波束定向技术具有较高的定向精度。但是，随着信噪比的下降，两者趋于一致。推导了估计定向精度的分析表达式，给出在直线阵和圆弧阵情况下，延时估计和声源入射角偏差之间的换算公式和数值模拟结果。同时给出数字式声纳用以计算入射信号左波束和右波束数据的互谱来实现分裂波束定向的方法。     

通过相位内插与补偿提高相干平均线谱检测性能

针对现有基于相位补偿的相干平均检测方法相位补偿不准确引起线谱检测性能下降的问题,提出了一种改进的相干平均线谱检测方法。该方法在使用FFT估计分段长度不等于信号周期整数倍引起的各段信号之间的相位差时,采用频域三点插值获得精确相位差估计,在相干平均前对分段数据乘以一个复系数,以消除该相位差使相位同步。理论分析表明,改进方法能获得最大3.9dB的增益。通过计算机仿真比较了非相干的平均功率谱法、相干平均法、改进的相干平均法的检测性能,与理论分析基本一致,验证了改进方法有更强的线谱检测能力。      

通过相位内插与补偿提高相干平均线谱检测性能

针对现有基于相位补偿的相干平均检测方法相位补偿不准确引起线谱检测性能下降的问题,提出了一种改进的相干平均线谱检测方法。该方法在使用FFT估计分段长度不等于信号周期整数倍引起的各段信号之间的相位差时,采用频域三点插值获得精确相位差估计,在相干平均前对分段数据乘以一个复系数,以消除该相位差使相位同步。理论分析表明,改进方法能获得最大3.9dB的增益。通过计算机仿真比较了非相干的平均功率谱法、相干平均法、改进的相干平均法的检测性能,与理论分析基本一致,验证了改进方法有更强的线谱检测能力。     

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。      

自适应陷波滤波器应用研究

本文介绍自适应陷波滤波器的基本理论,提出了设计极窄带自适应陷波器和滤波器的方法,介绍了用作相位估计器的概念。作者证明自适应相位估计器是理想条件下的最大似然比相位估计器,计算机仿真研究和硬件实验结果均表明该估计器有良好的性能,它的显著优点是同时完成了信号的检测和相位差的估计。     

基于相位调制和线性滤波的多信道多功能光学微分器

多功能微分器可以满足光计算和光信号处理中的多种需求, 增强灵活性. 本文从理论上推导了一种基于相位调制和线性滤波的多功能光学微分器. 并在实验中, 将传输谱线近似为线性的光纤延时干涉仪(DI)和相位调制器级联, 得到了输入信号的两种微分结果. 通过调节DI的驱动电压调节其传输谱的漂移, 当光载波位于DI的传输谱线的谷值, 则获得信号的光场微分, 当光载波位于DI传输谱的线性斜率处, 则得到输入信号的光强微分. 通过分析各种微分的平均误差, 发现DI的线性度越高, 平均误差越小. 同时基于DI传输谱线的梳状特性,证实了多信道信号的同时微分.