高阶ICCG误差阵模与条件数的估计

文[1]针对模型问题,应用高阶近似LU分解法给出了阶为0,1,2时ICCG法的预处理阵表达式,进而估计了误差阵的无穷模及条件数。针对更复杂的高阶问题给出了三阶和四阶ICCG法误差阵无穷模的估计以及相应的条件数上限。在不同节点数的条件下,对实际计算的条件数与文中所给出的上限作了比较。     

阶矩阵及其在传统预处理方法中的应用

本文应用矩阵元素阶和阶矩阵概念,讨论了ICCG和MICCG这两种传统的预处理方法在实用中的一些问题。为什么ICCG(s,t)在s+t固定时取(s,t)=(1,1),(1,2),(1,3),(2,4),(3,5),…有较高的收敛速度?为什么MICCG(m)当m>3时迭代次数不变?ICCG和MICCG的填入方式如何系统化?MICCG是否总比ICCG收敛速度高?本文拟作一个初步的讨论。通过LU分解的阶矩阵,本文给出了按阶递增的填入原则,将ICCG和MICCG系统化为P阶ICCG和P阶MICCG,并讨论了MICCG原有填入方式存在的问题。应用误差阵的阶矩阵,本文讨沦了MICCG迭代参数选取中存在的问题,给出了合理的参数选取方法。通过不同算例,本文还比较了ICCG和MICCG的计算效率。     

单深度传感器的矢量拖曳阵阵形估计

在二维平面内,假设为抛物形阵形,利用矢量拖曳阵的姿态数据和一个深度传感器的深度数据,研究了矢量拖曳阵的阵形估计问题。通过研究姿态数据中的姿态角与水听器所在阵位置上切线方向数的关系,利用最小二乘法建立了一个等式约束的非线性优化模型,并通过参数转化方法,给出了该模型的解析算法。数值仿真结果表明,在阵形为抛物形的假设下,利用一个深度传感器的深度数据和若干水听器的姿态数据可以进行拖曳阵的阵形估计。对于同样的阵元数,随着姿态数据误差的增大,阵形估计的误差增大。对于同一姿态数据误差分布,随着阵元数的增加,阵形估计的误差减小。     

多子阵子空间拟合波达方向估计

提出了考虑阵元互耦的子空间拟合波达方向估计方法。用一带状、对称Toeplitz矩阵对均匀线阵的互耦矩阵建模。根据互耦矩阵自由度,去除部分两边阵元,研究了子空间拟合算法中ESPRIT算法的理论性能。在大快拍的情况下,均匀线阵的MCLS-ESPRIT算法的角度估计误差是一个零均值的联合高斯分布,同时给出了分布的协方差表达式。由方差的数值计算可知,在阵元数和信源数确定的情况下,存在估计标准差最小的子阵;与不存在互耦的理想情况相比,除了估计标准差少许增加外,性能接近。本文的方法已应用于高分辨率测深侧扫声呐,获得了好结果。在声呐阵阵元数增加的条件下,用本文的方法,能抑制均匀线阵的互耦的影响。     

二维三温耦合差分方程组的解法

针对二维三温耦合热传导差分议程组的特点,给出并比较了块G－S算法与ICCG算法,数值结果表明,ICCG算法的收敛速度比块G－S算法的收敛速度可以快数千倍,并且,在二维激光黑腔靶耦合的数值计算中,如果能够实现向量化计算,使用ICCG方法将会大大提高数值模拟的计算效率。     

三维预处理技术初探

本文应用高阶近似LU分解法对三维椭圆型方程的正规七点差分矩阵给出了预处理阵,并对典型问题给出了预处理共轭梯度法的计算结果。文中所采用的分阶方论以及阶矩阵等概念,适用于一般的非奇异对角优势稀疏矩阵。对不同网格点数的计算结果表明,三维预处理共轭梯度法仍具有超线性的收敛速率,在高阶情形下超线性的特征尤为突出,由于非零对角线数增长过快,高阶的三维预处理方法不宜采用,零阶方法和一阶方法是值得推荐的。     

解线性代数方程组的TCG迭代法

ICCG方法是解线性代数方程组较为理想的方法,但它仅适用于具有正定对称的系数阵。本文介绍的TCG方法便足改造过的ICCG方法,它适用于一般非奇异的非正定对称阵。TCG方法比常用的JLUCG方法,对于非定常问题,可提高效率18%,特别是取用SIP不完全L、U分解作预条件时,可提高效率40%,是计算非正定对称阵较为理想的迭代法之一。本文推导出在消去法不完全L,U分解下的TCG方法,并用数值结果论证出它比ILUCG方法加速收敛的所在。     

螺线空间阵性能研究

为使水下测试声阵拥有较强的抗干扰能力,常要求阵列具有较低的旁瓣。该文提出了一种螺线空间阵设计方法,可利用螺线结构的空间稀疏分布特性,大幅降低体积阵的旁瓣高度,提高对水下目标的方位估计能力。文中给出了螺线空间阵的构造方法和阵元坐标参数,并与圆柱阵、双锥阵等常规体积阵进行了指向性、方位估计能力、阵增益的对比,仿真结果表明螺线空间阵在水平方向上的指向性旁瓣最低、最平坦,对目标进行方位估计时的伪峰高度最低,目标的方位估计能力相比双锥阵、圆柱阵提升显著。     

基于水平合成阵列的简正波波数估计

针对浅水声波导中简正波模数估计的孔径约束问题,提出了一种基于运动合成孔径高分辨谱分解的简正波波数估计方法。该方法先利用短水平阵运动合成大孔径虚拟阵列,再通过合成阵列进行高分辨谱分解来进行简正波波数估计。数值仿真结果和海试数据测试表明,孔径运动合成技术的应用,解决了水平阵进行简正波模数估计时孔径不足的问题;拖曳阵在远离目标水平运动的过程中,做垂直向机动可以提高简正波模数估计精度。      

基于多个小孔径基阵的水下目标宽带波达方位估计方法

本文将多小孔径基阵应用于声纳浮标阵对可疑海区进行快速搜索的研究中,提出了一种基于多个小孔径子阵的宽带目标方位估计方法.该方法采用一种新颖的降秩估计器的信号模型,对多个小孔径子阵的输出信息进行综合处理,然后使用近似意义上的降秩估计器对目标源进行方位估计.所建立的阵列模型中不需要包含有关小孔径子阵之间的任何位置信息,因此,有效地减小了因阵形估计带来的烦杂工作和估计误差对方位估计性能的影响.仿真结果表明,此方法提高了定向精度,给出了稳定的目标方位估计.     

数字式分裂波束阵系统的精确定向方法

本文讨论数字式声呐分裂波束精确定向的问题。利用Piersol提出的互谱法估计时延的原理,给出线阵与圆阵分裂波束系统的信号入射角与等效声中心的时延解算公式。利用这些公式可以根据输入数据,直接给出目标的准确入射角的数值。文中给出估计精度的表达式。它与累加次数、DFT的长度及采样周期有关。同时,还分析了由于对随机信号的截断所带来的误差。提出了对估计量加权、对输入数据加窗和合理选择DFT参数,以提高估计精度的方法。文中还给出系统的方框图及部分计算机模拟的结果。本文所提供的方法可以在数字式声呐中用于实时跟踪多个目标。     

基于声程差的多通道广义相关时延估计及其DSP实现

本文将基于声程差的广义相关法时延估计应用于六基元阵，同时成功地将中值滤波及可变门限算法用于相关峰的自动跟踪，为了提高精度，导出了新的内插公式。最后给出了时延估计的结果。     

予条件共轭梯度法的收敛性

本文对某些予条件共轭梯度法的收敛性进行了一些分析,如ICCG法,ILUCK(K)法、ILUCG(P)法及所谓的"TCG法",其中用了许多分裂作为对所要解的线性代数方程组的系数矩阵A进行予条件的工具,这里设A为对角优势矩阵,文中还给出了若干数值算例来说明我们分析的结果。     

交叉验证多路径匹配追踪水声矢量阵稀疏方位估计

水下运动目标的高分辨DOA估计和目标的左右舷分辨问题一直是水声阵列信号处理中的一个核心问题。矢量阵相比于声压阵具有天然的左右舷分辨能力和更高的处理增益,近年来得到了广泛关注。Capon等一些传统高分辨处理方法存在不能解相干源、需要多快拍处理以及对阵列流行误差敏感等多种问题。针对水声阵列信号处理领域面临的以上问题,利用声呐工作场景中空间目标的稀疏性,本文提出了一种基于交叉验证技术的多路径匹配追踪（Multiplepath Matching Pursuit with Cross Validation,CV-MMP）声矢量阵稀疏DOA估计算法。该算法采用交叉验证技术可以在未知场景中目标个数的条件下实现稀疏DOA的估计,相比于常规的声矢量阵Capon算法而言,可以在小快拍数甚至单快拍数条件下实现多目标的稀疏DOA估计以及高分辨能力。仿真和海试试验数据处理验证了提出的算法的有效性。      

一种水下三维被动定位技术

本文给出了一种三维被动定位方法。该方法利用三元水平阵和二元垂直阵实现对目标的三维定位。由三元水平阵首先求得目标斜距和目标方位,在此基础上利用垂直阵估计目标深度坐标,最后综合已有测量结果来求解目标水平坐标。本文还通过仿真分析了该方法的定位性能。     

一种基于模态域波束形成的水平阵被动目标深度估计

水面水下目标分辨与识别一直是被动声呐探测领域的难题.利用一种水平阵模态域波束形成算法获得己知方位目标声源的各阶模态强度,将其与不同深度的各阶参考模态强度进行匹配,最终实现了对声源的深度估计.仿真结果表明,该算法可以在信噪比为-10 dB的情况下,用300Hz带宽的信号样本,实现对声源深度的有效估计.系统分析了不同参数和不同波导条件对该方法目标深度估计性能的影响.其中,阵元数越多,模态样本数越多,计算频段越宽,方位估计精度越高,有效阵长越长,深度估计的性能越好.阵元间距和波导深度的变化不会影响该方法的深度估计性能,并且该方法的深度估计性能在声速剖面、海底参数等波导条件存在扰动时具有鲁棒性.     

基于声压振速联合信息处理的声矢量阵相干信号子空间方法

为解决水下宽带源的远程测向问题,提出了一种基于声压P与振速V的互谱矩阵的声矢量阵相干信号子空间方法。与现有的将声矢量传感器的振速信息仅仅作为独立阵元来处理的声矢量阵测向方法不同,新方法完全基于声压与振速联合信息处理,充分利用了声矢量阵中P-V互谱的抗噪能力,能将相干信号子空间方法的宽带高分辨能力及去相干能力与声矢量阵的抗噪能力有机地结合起来,实现对宽带源的远程、高分辨方位估计。理论分析给出了基于P-V互谱矩阵的宽带聚焦原理和特征分解原理,以及信源数检测准则。基于湖试数据的仿真实验结果显示,采用3元声矢量阵,在信噪比为-10dB和观测时间为20s时,新方法方位估计的均方根误差约为5°,明显强于现有方法。     

一种基于时延估计的双辅助声源阵形校准方法

布放柔性水平阵列时,各阵元的相对位置很难精确知道,为了解决这一问题,提出了一种阵形校准方法。首先布设两个成一定张角的校准声源,利用它们估计各阵元信号的时延关系,利用声源和接收阵的GPS位置,确定各阵元的相对位置。得到的位置估计是无偏估计,给出了位置估计标准差的数值模拟结果,得出了两校准声源的最佳角度关系。利用2001年亚洲海国际实验的数据对该方法进行了验证,用校准后的阵形得到的测量声源方位角和实际角度一致,实测的阵增益也和理论值相符合。理论及实验分析结果表明,该方法能够准确定出各阵元的相对位置。     

以影像逼真度为约束条件的变换域指纹嵌入强度

原始图像与嵌入指纹（水印）后图像的影像逼真度取决于数字指纹的嵌入强度及嵌入版本数.在现有影像逼真度透明性指标约束下,对DCT变换域数字指纹各AC系数嵌入强度的上限进行了讨论,给出了满足影像逼真度约束的嵌入强度上限及嵌入版本数的解析表达式.该结论及其推论可作为影像逼真度透明性指标的充分条件,用于确定数字指纹或数字水印的嵌入强度及嵌入版本数等各项参量.实验结果证明了该结论的有效性.     

利用三元阵的相干干扰抵消原理及仿真研究

介绍了利用三元传感器阵抵消相干干扰的原理。推导了从强干扰中提取期望信号的表达式;讨论了阵元间距的选择,给出了阵元间距与出现方程无解的频率点之间的关系,给出了当期望信号是带限信号时的阵元间距应满足的条件;最后分析了干扰频谱幅度起伏对抵消干扰性能的影响,推导了提取期望信号的相对误差及阵处理增益的表达式．理论分析及仿真结果表明：只要知道信号的到达方向,无需知道干扰的其他信息,就可以从强干扰中提取弱信号;阵元间距必须小于信号上限频率对应的半波长;抵消干扰的性能随干扰谱幅度起伏的增大而下降。