波达方向估计中特征空间的信源数估计方法

提出了特征空间法信源数估计方法,它将阵列信号的协方差估计值分别投影到信号的特征子空间和噪声的特征子空间。由于信号子空间与噪声子空间相互正交,易于由表征投影大小的判据值区分信号和噪声的贡献;本方法用的是M×M阶矩阵特征值分解,M为基元数,与波达方向估计用的相同,因此节省大量的计算量;它可以在实数空间中进行运算,进一步减少运算量。进行了数值计算,检验了判据值分布,以及在信源等功率、不等功率和空间相关色噪声等情况下特征空间法的性能。估计方法还用声纳数据进行了检验。所有这些结果均证明本估计方法性能优良。     

基于时频阵列模型的波达方向估计

提出一种非平稳信号的波达方向估计方法。该方法将时频分析引入阵列处理,通过参考阵元和两个对称子阵的互时频分布建立起一种时频域的阵列数据模型,用平均的时频阵列数据模型代替传统的阵列模型,采用子空间方法得到多个非平稳信号的波达方向估计。空间平均和时频分析的结合使得该方法具有很好的信号选择性和抗干扰噪声的性能,该方法还具有运算量小和处理非平稳信号的能力。     

瞬态信号的小波变换波达方向估计

针对瞬态信号方位估计问题,提出了基于连续小波变换的多重信号分类测向算法(CWT_MUSIC)。首先由信号特征确定小波尺度参数,构造Morlet小波,对信号进行小波变换,利用获得的小波变换系数建立多分辨时频阵列信号模型,并据此模型设计基于子空间的MUSIC算法以实现瞬态信号的波达方向估计;然后对该算法的多分辨与误差性能进行分析,最后仿真实验和实际爆炸试验验证了所提出的CWT_MUSIC算法能有效地提高空间谱的分辨率和DOA估计性能。     

一种快速水声目标波达方向估计方法

以基追踪为重构算法的水声目标波达方向估计方法在实际的应用中往往运算速度较慢,针对这一问题,在分析水声目标空间稀疏特性的基础上,结合压缩感知理论框架下波达方向估计的特点,提出一种快速水声目标波达方向估计方法。该方法通过逐步减小逼近参数的方式来得到l₀范数最优解,实现水声目标信号的波达方向估计。通过计算机仿真从成功率、运算时间、分辨角度等多个方面与基追踪算法进行比较分析,实验表明:在成功率和分辨角度上所提出算法与基追踪算法性能相当,但运算时间却仅仅是基追踪算法的1/11。     

基于Khatri-Rao子空间和传播算子的宽带声源波达方向估计算法

本文提出基于Khatri-Rao子空间和传播算子的宽带声源波达方向估计算法。该算法将声源不同频率处的协方差矩阵变换重排为一个高维矩阵,然后利用传播算子方法估计宽带声源波达方向。该算法计算复杂度介于聚焦Khatri-Rao子空间和相干子空间算法之间。仿真和实验结果表明,该算法在降低计算量的同时,估计误差与聚焦Khatri-Rao子空间算法相近,远小于相干子空间算法。     

改进正则化正交匹配追踪波达方向估计方法

针对稀疏阵列模型下匹配追踪波达方向估计方法稳定性不足的问题,提出了改进的正则化正交匹配追踪波达方向估计方法——TROMPDOA(T-transform Regularized Orthogonal Matching Pursuit Directions of Arrival Estimation).仿真表明,TROMPDOA方法在计算复杂度上与原有正交匹配追踪波达方向估计方法OMPDOA(Orthogonal Matching Pursuit Directions of Arrival Estimation)相近,但在估计稳定性上要优于OMPDOA方法,特别是在低信噪比及信号源之间的角度较近时,TROMPDOA方法比OMPDOA方法稳定性提高1倍.实验验证了TROMPDOA方法适用于单元和多元目标估计,估计精度达到1.5°.     

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。     

基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计

在窄带阵列天线正交频分复用系统的到达时间和波达方向联合估计中, 针对阵元数目较少时波达方向估计精度不高, 特别是多径数目大于阵元数目导致的波达方向无法估计问题, 提出一种基于哈达玛积扩展子空间的到达时间和波达方向联合估计算法. 该算法首先利用各阵元上的频域信道估计构成扩展信道频域响应矢量, 然后计算扩展信道频域响应矢量自相关矩阵, 并进行特征值分解得到哈达玛积扩展噪声子空间, 最后构造伪谱函数并进行二维谱峰搜索, 从而实现到达时间和波达方向的联合估计. 仿真结果表明, 与现有算法相比, 在复杂度没有大幅提高的前提下, 该算法的估计结果均方根误差更加接近克拉美罗界, 且到达时间和波达方向估计能够自动配对, 在多径数目大于阵元数目时依然适用.     

波达方向初始化空间混合概率模型的语音增强

提出了波达方向初始化空间混合概率模型的语音增强算法。通过声源定位估计出声源波达方向,再根据此计算相对传递函数,进而构造空间协方差矩阵来初始化空间混合概率模型。论证了相对传递函数在作为模型参数中语音协方差矩阵的主特征向量时,空间混合概率模型对应的概率分布可达到最大值,进而使期望最大化算法在迭代时更易收敛,以得到期望的掩蔽值。实验先后在自建仿真数据集和CHiME-4的两通道数据集中进行验证,结果表明,将波达方向信息引入到语音增强后语音识别系统的词错误率可以比未引入波达方向的词错误率最多降低3.79%,信号失真比最多提升2.00 dB,验证了在结合波达方向后的空间混合概率模型进行语音增强时性能有所提升。     

波达方向初始化空间混合概率模型的语音增强

提出了波达方向初始化空间混合概率模型的语音增强算法。通过声源定位估计出声源波达方向,再根据此计算相对传递函数,进而构造空间协方差矩阵来初始化空间混合概率模型。论证了相对传递函数在作为模型参数中语音协方差矩阵的主特征向量时,空间混合概率模型对应的概率分布可达到最大值,进而使期望最大化算法在迭代时更易收敛,以得到期望的掩蔽值。实验先后在自建仿真数据集和CHiME-4的两通道数据集中进行验证,结果表明,将波达方向信息引入到语音增强后语音识别系统的词错误率可以比未引入波达方向的词错误率最多降低3.79%,信号失真比最多提升2.00 dB,验证了在结合波达方向后的空间混合概率模型进行语音增强时性能有所提升。     

Estimating the directions of arrival based on multi-subarray subspace fitting

A multi-subarray subspace fitting method which take mutual coupling among array elements into account to estimate the directions of arrival was presented. The mutual coupling matrix of uniform linear arrays is modeled with a banded symmetric Toeplitz matrix. According to the DOF (Degree of Freedom) of mutual coupling matrix, part of the array elements at the two sides are neglected. The theoretical characteristics of ESPRIT algorithm, one of the subspace fitting algorithms, are studied. For large N and uniform linear array, the MCLS ESPRIT estimation error is asymptotically jointly Gaussian distributed with zero means, and its covariance expression is obtained. It is known from the simulation that there exists a subarray with lowest estimation error for certain number of the array elements and the signal sources, and its performance of estimating the directions of arrival is close to the ideal situation when mutual coupling does not exist while its variance has some increase. The method has been applied to bathymetric sidescan sonar with high resolution, and good results have been obtained. At the cost of increasing the number of the array elements, the method can reduce the affection of the mutual coupling among array elements.     

波束域加权子空间拟合算法

将阵元域高分辨加权子空间拟合算法(WSF算法)推广到了波束域中,利用声系统接收基阵波束输出信息估计目标方位.由于波束输出可以看作是,一个阵元数为波束个数的虚拟阵的阵元输出,而在大多数的水声系统中,参与确定某个来向的信号方位的波束数通常远小于阵元数,从而算法的运算量得以大大降低。针对某水声系统接收基阵波束输出所作的计算机仿真结果表明,波束域WSF算法应用到实际的水声系统时,可以保持其在阵元域中估计目标方位的优越性能。     

Anomalous extensive air showers of ultrahigh energies and their arrival directions

Extensive air showers (EASs) of energy above 8×10¹⁸ eV observed from 1974 to 1995 on the Yakutsk EAS array are analyzed. Showers without muonic component are found. From the arrival directions of these showers, two clusters were found, one of which coincides, within the error bars, with a pulsar in the Milky Way Galaxy.     

Searching for preferential arrival directions of ultrahigh-energy cosmic rays on the Moscow State University EAS array

There is evidence for possible clustering in the arrival directions of extensive air showers (EASs). A program for analyzing EAS arrival directions has been developed to investigate this problem and the database of the Moscow State University EAS array for 1982–1989 has been analyzed. The distributions in equatorial coordinates have been derived for cosmic rays with energies E ≥ 2 × 10¹⁵ eV and zenith angles <40°. The uniformity of the derived distributions is verified using various statistical tests.     

基于无消相干子空间的量子避错码设计

针对量子系统的联合消相干模型,可以找到一些不受消相干错误影响的系统状态,这种状态被称为相干保持态,所有相干保持态构成的空间就称为无消相干子空间(decoherencefreesubspace,缩写为DFS).利用DFS的特性可以实现自动容错的量子避错码.首先提出一种DFS的定义,并且以定理的形式证明其他DFS的定义都是等价的.然后给出了DFS的存在性定理.最后利用群论的方法设计一种构造DFS的简单方法 关键词： 相干保持态 无消相干子空间 量子避错码 容错量子计算     

Correlations between the arrival directions of ultrahigh energy cosmic rays and the large-scale structure of the universe

We present the results of analyzing the arrival directions of cosmic rays with energies E ₀≥ 4×10¹⁷ eV and zenith angles θ≤45° detected at the Yakutsk setup during 1974–2000. It is shown that increased particle fluxes exceeding the anticipated random distribution levels by 4–5)σ arrive from the galactic plane at E ₀≈(2–4)×10¹⁸ eV and from the supergalactic plane at E ₀≥8×10¹⁸ eV.     

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.     

Search for anisotropy in arrival directions of ultrahigh-energy cosmic rays by using the marr wavelet on the equatorial sphere

The arrival direction distribution of cosmic rays for energies E>10¹⁸ eV detected at the Yakutsk EAS array is analyzed using the Marr wavelet. Deviation from the isotropic distribution of 361 showers above 10¹⁹ eV is found at a significance level of 0.007, which corroborates previous evidence of the cosmic ray anisotropy in this energy range. In contrast to the previous methods, the wavelet analysis makes it possible to localize both a celestial-sphere domain containing a supposed source of excess cosmic ray flux and the scale parameter of the two-dimensional wavelet.