基于残差矩阵估计的稀疏表示目标跟踪算法

基于稀疏表示的目标跟踪算法多数利用稀疏系数计算目标位置信息,而忽略了稀疏表示过程中的残差所包含的信息.因此,本文设计了一种基于残差矩阵估计的跟踪模型.该模型在粒子滤波的框架下利用L_1范数分别约束稀疏表示系数与残差矩阵,并且利用L_2范数建立残差矩阵与观测模型之间的联系.本文给出了相应求解模型的表示系数与残差矩阵的迭代算法,并利用残差矩阵更新模板字典.相比应用稀疏系数的跟踪算法,本文算法考虑了残差矩阵对跟踪结果的影响,使得算法对于候选目标的评估更加精确,同时在模板更新部分引入残差矩阵,使得字典能够更好地描述目标的变化.实验数据表明,本文算法优于现今主流算法.     

相位一致性图像及其在目标跟踪中的应用(英文)

针对传统实时相关跟踪方法对照度变化敏感的问题,提出了一种基于相位一致性图像的相关跟踪方法.利用相位一致性函数值在[0,1]区间内且无量纲、对图像的亮度和对比度具有不变性等特点,首先对原始图像进行相位一致性检测,得到相位一致性图像,再利用MAD(Minimum Absolute Difference)等相关跟踪算法在相位一致性图像中对目标进行跟踪运算.对可见光和红外图像的实验表明,在图像的亮度和对比度发生剧烈变化的情况下,算法仍能保持对目标的稳定跟踪.该方法可用于解决传统实时相关跟踪方法普遍存在的因照度变化导致跟踪点漂移甚至跟踪失败的问题.     

用于FTN系统的二阶导频辅助载波相位恢复算法

针对超奈奎斯特系统引入的码间干扰使载波相位估计难度增大的问题，提出了一种二阶电域导频辅助载波相位估计方案，将导频辅助相位噪声补偿模块与基于Viterbi的最大似然相位估计模块级联，牺牲约1.7%的带宽开销，可以有效克服超奈奎斯特系统引入的码间干扰，对激光器线宽导致的相位噪声进行准确估计。在调制格式为16进制正交幅度调制的超奈奎斯特系统中，经仿真验证可知：该算法在加速因子不超过Mazo极限时可以有效跟踪相位噪声；在加速因子低至0.833、误码率为2×10^-2、光信噪比代价为1 dB的条件下，该算法能容忍的最大线宽乘积为5×10^-4；相较于一阶导频辅助载波相位恢复算法，该算法具有更大的线宽容忍度，所需的光信噪比也更小。     

基于相位一致性的实时压缩跟踪方法

针对基于压缩感知的目标跟踪算法在跟踪过程中,光照剧烈变化引起跟踪不稳定或跟踪失败的问题,本文提出了一种基于相位一致性的改进跟踪方法.该方法利用相位一致性图像特征对光照变化不敏感的特点,首先对样本搜索区域内的图像进行相位一致性变换,然后再提取变换后相位一致性图像的特征,将其用于分类器中来确定目标位置.实验结果表明,该方法在目标受到光照剧烈变化影响的情况下具有很强的适应性,在目标大小为50pixel×55pixel时平均处理帧频可达22fps.与已有基于压缩感知跟踪算法相比,该算法在光照变化剧烈的情况下仍具有很好的鲁棒性,而且在目标尺度和纹理发生一定变化的情况下跟踪稳定.     

大气湍流随机相位差的相关解调算法研究

根据大气光学湍流的光纤干涉测量技术原理及其信号表现形式,针对湍流相位变化的随机性和复杂性,提出了能够实时解调湍流随机相位差的相关解调算法,数值模拟了固定相位差、波形相位差以及符合湍流频谱特征的随机相位差的解调.结果表明,此算法的绝对误差小于10-3,满足湍流测量的要求.该研究为实现光学湍流相位差的动态检测提供了必要的理...     

孔径扩展中相位修正因子估计的改进算法

传统的扩展拖曳阵列尺寸算法(Extended Towed Array Measurement,ETAM)在信噪比不够高、相位修正因子的相位角处于以间断点为中心的"跳变区间"时,扩展孔径均有可能失效。针对传统的ETAM算法中互相关相位角的间断点导致的算法不稳定问题,提出了一种相位修正因子估计的改进算法。该算法使用归一化互相关复向量的统计平均值作为相位修正因子的最小二乘估计,消除了互相关相位角的间断点带来的不利影响。数值仿真和实验数据分析结果表明:对于相位稳定甚至相位随机的单目标信号,改进算法均能有效扩展孔径,获得相对于常规波束形成(Conventional Beamforming,CBF)更高的方位分辨率和检测信噪比;相比于传统的ETAM算法,改进算法提高了相位修正因子的估计准确性,从而有效提高了算法的稳定性。      

星载光电跟踪系统连续帧图像快速识别定位算法研究

为了解决星载光电跟踪系统对连续帧图像快速识别、准确定位的要求.在深入分析连续图像序列特性和星载光电跟踪系统特点的基础上,利用光电跟踪系统转台的角度变化信息,对图像序列进行帧间差值运算以获得目标残差图,并基于残差图和原始图像信息提出了一种新的目标识别定位算法,大大地减小了运算量.结合中值滤波和自适应波门跟踪算法,实现了运动目标的快速跟踪定位.通过对目标实测图像序列的实验,结果证明,该算法具有快速、稳定等优点,能满足星载光电跟踪系统实时图像跟踪的要求.     

马赫曾德环腔相位调制器的研究

为提高相位调制器的调制效率,结合单直波导光学环腔与带反馈的马赫曾德,提出用环形谐振腔等效为马赫曾德的上、下臂的新结构.采用耦合模理论推导了该模型的输出相位及归一化光强输出公式,数值分析了传输损耗因子、耦合角度对归一化输出光强及输出相位的影响.分析表明,输出光相位谱线随敏感环相位改变呈周期性变化,当耦合角度逐渐增大时,输出光相位谱线变尖锐,此时若要使输出相位产生π的相位差,敏感环的相位调制角度需较大.当传输因子较小时,相位谱线变化比较平缓,其最大值与最小值之间的差值不满足π的相位差.根据分析结果对结构参量进行优化,发现通过调节敏感环结构的耦合系数可以提高调制效率,仿真结果表明,当敏感环相位变化0.1π时,可以输出π的相位变化,同时归一化光强保持在0.9,满足了差分相移键控所需要的相位变化和信号幅度一致的要求,为进一步研究相位调制器提供理论依据.     

基于粒子滤波的高阶运动目标激光探测微动参数估计

为精确估计高阶运动状态下的目标微动参数,实现目标精细识别,提出一种基于相位信息的分离估计方法。通过对解卷绕得到的真实相位进行求导,消除信号中的多项式相位信号项,实现目标运动和微动分量的分离。针对包含多维微动参数的正弦调频项,提出改进的粒子滤波静态参数估计方法,通过设计自适应方差法和变化粒子数提升了算法效率,通过设计累积残差作为观测概率密度函数,实现了对非线性模型中多维参数的同时估计。仿真和实验分析验证了算法的有效性和必要性。算法通过对相位进行处理降低了原始信号的非线性程度,减少了计算量,具有较强的抗噪性能。基于粒子滤波的微动参数估计方法减少了估计流程,避免了误差传递效应,提高了估计精度。     

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。     

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。     

浅海波导环境失配下的协方差矩阵拟合稳健匹配场声源功率估计

实际浅海波导中环境噪声为相干噪声,最小方差匹配场声源功率估计方法能在相干噪声背景下准确估计声源辐射功率,但该方法受环境不确定性影响较大;此外,由于最小方差匹配场声源功率估计方法使用信号幅度作为中间量估计声源功率,信号幅度估计误差会二次放大并传递到声源功率估计结果中。本文提出一种协方差矩阵拟合稳健最小方差匹配场声源功率估计方法,该方法引入信道传递函数不确定集,结合协方差矩阵拟合思想将声源功率估计问题建模为在信道传递函数不确定集约束下对函数取极值的问题,使用Lagrange乘子法求解该问题得到信道传递函数估计值和声源辐射功率估计值。环境失配影响声源辐射功率估计性能的根本原因在于信道传递函数偏差较大,协方差矩阵拟合稳健匹配场声源功率估计方法有效减小了环境失配时信道传递函数的偏差,从而显著提升环境失配稳健性。此外,该方法使用权值直接估计声源功率,无需使用信号幅度作为中间量,避免了估计误差的传递。仿真验证了协方差矩阵拟合稳健匹配场声源功率估计方法的环境失配稳健性。     

高精度球面阵聚焦声源定位方法研究

提出了一种高精度高空间分辨率球面阵聚焦声源定位方法——虚拟源法。该方法通过球面阵波束扫描获得实际声源的空间聚焦谱,并假定各扫描点为虚拟声源,将实际声源聚焦谱看作是全体虚拟源共同作用的结果,由此得到各虚拟源对声场的贡献量,从而可实现声源精确定位。仿真研究分析了频率,阵列孔径,声场模态阶数,信噪比等参数对声源定位性能的影响,并与常规算法进行对比。结果显示,该方法不受频率和阵列孔径的限制,避免了空间“混淆”,能够进行高精度高分辨率声源定位,并具有良好的背景噪声抑制能力。      

水下声学滑翔机用于东印度洋声传播特性分析及声源估计

常规实验方法无法同步获取深海大尺度声学和水文数据,水下滑翔机可作为同步观测平台解决该问题.首先利用在东印度洋北部海域水下滑翔机同步获取的声传播和水文实验数据,分析了水下滑翔机的自噪声谱级和实验海区声传播特性,然后推算并修正了滑翔机水下运动轨迹,利用第一影区水下滑翔机接收声传播信号的脉冲多途到达时间差对声源进行测距与定深。潜标接收噪声与滑翔机自噪声谱级对比表明,水下滑翔机在海洋中无动力运动时的系统自噪声接近于潜标观测的海洋环境噪声。滑翔机实测的声传播损失与模型计算结果吻合较好,第一影区水下声源测距定深结果与实际位置较为一致,测距与定深的相对误差均小于5%。利用加载水听器的水下滑翔机可以实现水文环境数据与声学信号的同步观测,对深海声传播特性测量及定位算法研究具有重要意义。      

高压换流站交流滤波器组相干噪声源声功率反演

针对高压换流站内交流滤波器组相干噪声源的声功率难以确定的问题,该文提出了一种基于几何声学理论的声功率反演方法。该方法采用可同时考虑噪声源强度和相位的几何声学理论建立相干声场模型,在此基础上构建声功率反演模型,通过寻找使声学模型输出和实测数据差异最小的声源参数(强度和相位),实现了对相干噪声源声功率的反演。数值仿真和实验数据验证了该方法的有效性。     

Sound source localization in real sound fields based on empirical statistics of interaural parameters

The role of temporal fluctuations and systematic variations of interaural parameters in localization of sound sources in spatially distributed, nonstationary noise conditions was investigated. For this, Bayesian estimation was applied to interaural parameters calculated with physiologically plausible time and frequency resolution. Probability density functions (PDFs) of the interaural level differences (ILDs) and phase differences (IPDs) were estimated by measuring histograms for a directional sound source perturbed by several types of interfering noise at signal-to-noise ratios (SNRs) between -5 and +30 dB. A moment analysis of the PDFs reveals that the expected values shift and the standard deviations increase considerably with decreasing SNR, and that the PDFs have non-Gaussian shape at medium SNRs. A d' analysis of the PDFs indicates that elevation discrimination is possible even at low SNRs in the median plane by integrating information across frequency. Absolute sound localization was simulated by a Bayesian maximum a posteriori (MAP) procedure. The simulation is based on frequency integration of broadly tuned "detectors." Confusion patterns of real and estimated sound source directions are similar to those of human listeners. The results indicate that robust processing strategies are needed to exploit interaural parameters successfully in noise conditions due to their strong temporal fluctuations.     

Localization of a sound source in a noisy environment by hyperbolic curves in quefrency domain

Time Difference of Arrivals (TDOAs) of sound waves between microphones have to do with source localization. How well a sound source can be localized depends on how precisely the TDOAs are estimated. Although many ways to estimate TDOA have been proposed, noise always prevents us from finding exact time differences more or less in practice. Cross correlation has been the most prevalent way to estimate time difference, and various cross correlations robust to noise have also been developed. Nevertheless, much remains to be done for exact TDOA estimation under noisy environments. A novel way to show time delays in quefrency domain by removing noise has been proposed, which is called Minimum Variance Cepstrum (MVC). In particular, it is practically desirable to visualize source position with as few number of sensors as possible. Once TDOAs are obtained precisely, it is enough to show the source position in a 2-D plane using hyperbolic curves with only three sensors. In this work, the MVC is adopted to accurately estimate TDOAs under noise, and a way to localize an acoustic source by intersecting hyperbolic curves using the TDOAs between three microphones is proposed. Numerical simulations on TDOA estimation and source localization with white Gaussian noise demonstrated that the proposed method worked well under the noisy environment, and we compared the results with those of other old but well-established cross correlation estimators. In addition, experiments to detect a leaking point on a pipe successfully showed where the leak sound was generated.     

浅海时变声速环境下的自适应匹配场定位算法实现*

针对浅海环境下声速剖面失配引起的匹配场处理器失配问题,提出了一种自适应匹配场定位算法在声速剖面时变环境下的实现方式。将先验声速剖面集简化为经验正交函数表示,结合蒙特卡洛方法与环境扰动约束算法对当下时刻的目标声源进行匹配场定位。本文以某次试验获取的连续20小时的声速剖面数据为研究对象,通过仿真试验对该算法进行验证,结果表明：在先验声速剖面集的半小时之后,利用自适应算法的距离和深度定位成功率较常规匹配场算法有较大提升,其中,深度正确定位概率相对较低。     

基于波束形成的多类型多声源定位研究

为实现空压机多噪声源的准确定位,仿真对比了多种近场球面波多声源定位算法。基于时域波束形成,研究了相同声源平面、不同声源频率、不同声源纵向距离、不同声源强度下多声源定位以及声源频率、声源纵向距离和声源强度多因素联合的多声源定位仿真方法,模拟了更接近实际的噪声源类型。基于频域波束形成,仿真研究了1400 Hz,2400 Hz,3400 Hz,4400 Hz的多声源。分别利用互功率谱波束形成和除自谱的互功率谱波束形成,仿真研究了相干声源和不相干声源。开发了阵列声成像测试平台,运用频域波束形成和功率谱波束形成对空压机进行了定位试验研究。结果表明,1400 Hz下空压机的主要噪声源是气缸盖、空气滤清器和曲轴附近的机体,这可为空压机减振降噪改进设计提供依据。     

采用听觉滤波器的宽带MUSIC声源定位方法

在分析了采用短时傅里叶变换的宽带MUSIC声源定位算法(SF-MUSIC)存在问题的基础上,提出了一种采用听觉滤波器的宽带MUSIC声源定位算法(AF-MUSIC)。该算法使用听觉滤波器组对传声器阵列接收到的信号进行不等带宽分解后,在各个频率通道上使用MUSIC算法进行声源定位,并结合子区间频数估计法得出最终定位结果。对算法进行的实验评估表明,在不同声源类型条件下,相比SF-MUSIC算法,AF-MUSIC算法的平均估计误差减少2.5479°,有效地提高了声源波达方向估计的精度。