阵列信号处理

摘要： 科学出版社,2021年7月,303页欣闻鄢社锋博士撰写的《优化阵列信号处理:快速优化算法与应用》一书近期在科学出版社出版,很高兴向信息领域的同仁们推荐。该书是鄢社锋博士出版的“优化阵列信号处理”系列专著的第三本,该系列专著是他二十余年来在阵列信号处理方面所取得研究成果的集中体现。

摘要： 针对阵列信号处理领域中的超分辨子空间类算法需计算阵列输出的协方差、协方差矩阵的特征分解及进行谱峰搜索得到波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计,计算量较大则实际应用可能受限,提出了一种低计算复杂度的新颖的无需谱峰搜索的DOA估计算法。通过Nyström方法得到逼近的信号子空间,避免了直接对所有阵列输出计算协方差及对其特征分解从而降低了运算量。通过逼近的信号子空间构建低阶的关于DOA的特征多项式方程,对此低阶多项式方程求根得到DOA估计进一步降低了运算量,且不同于现有的DOA估计求根算法。理论分析和仿真结果表明,所提算法有着良好的估计精度及较低的计算复杂度。

摘要： 2020年春季,面对突如其来的新型冠状病毒感染肺炎疫情,国内高校纷纷响应教育部“停课不停学”的号召,借助各种信息技术和在线课程平台开展线上教学活动。目前,国内疫情已进入常态化防控新阶段。在此背景下,文章借助南京航空航天大学精品课程在线教学平台,介绍了研究生阵列信号处理在线课程的教学情况,设计了一种以学生学为中心、以教师教为主导、以学生能力为根本、以实际工程需求为牵引的线上线下混合式教学模式,并建立了过程性、多元化的课程考核评价方案。目的是激发学生的求知欲和学习积极性,进一步提高教学质量,并且为其他专业课程的教学改革工作提供借鉴和参考。

摘要： 基于单快拍的快速迭代插值DOA(Direction of Arrival)估计方法,有效地消除了频谱泄漏,实现了多源DOA的无偏估计。但是该算法需要提前确定信源的个数,且运算量大,因此在工程应用中受限。本文提出一种新方案,利用传统角度域FFT提供粗略角度估计,然后通过迭代插值法细化角度,最终基于对消残差功率和信息论准则进行信源个数估计。该方案无需预知信源个数,且文中提出的基于残差变化率的收敛策略大大减少了细化估计的迭代次数,从而有效地降低了原算法的计算量。通过仿真结果验证了该方案的有效性,在估计精度及分辨率方面性能接近快速迭代插值波束形成算法,优于子空间类算法。

摘要： 针对卫星导航信号姿态测量问题,根据阵列信号处理理论,分析了天线坐标系与卫星坐标系的关系,建立了以坐标旋转矩阵为参量的阵列信号模型,提出了矢量跟踪环路、单星观测MUSIC姿态谱估计及多星观测正交投影姿态谱估计理论。通过MATLAB仿真,讨论了信噪比、阵列孔径、卫星个数及卫星分布对姿态谱估计的影响。仿真结果表明:通过提高信噪比、扩大阵列孔径尺寸、选用分布均匀的多颗观测卫星可以显著改善姿态谱估计性能。

摘要： 传统激光测距中最常用的方法是采用工作在线性模式的单元APD进行光子探测,而随着探测距离增加,线性增益不满足使用需求,盖革模式APD应运而生。阵列探测盖革模式APD是具有探测单光子能级信号能力的新型探测器件,具有1×10^(6)至1×10^(7)的内增益,响应度高,但其受背景光影响较大,因此这一器件的信号处理难度极大。本文提出基于光子计数法的阵列信号处理的三种思路,均能够大幅提升信号对比度。其中多通道累加算法简单便捷、可实现性高;空间卷积池化算法具有高信号散布灵敏性;阵列拓展算法具备高信号辨识度。

摘要： 针对阵列信号处理中传统信源个数估计方法如基于Akaike信息论准则方法(AIC)、最小描述长度准则方法(MDL)等特征值分解类算法计算量大,且在小快拍数、低信噪比时性能下降甚至无法正确估计的问题,提出了一种基于子空间分析的快速信源个数估计方法。该算法首先利用多级维纳滤波器(MWF)对信号进行快速的子空间估计,然后计算阵列信号协方差在子空间匹配滤波器中的投影值,通过分析其正交性来估计信源个数。研究结果表明,该算法不但在小快拍数、低信噪比时相较于传统特征值分解类算法具有更优异的性能,并且计算量大大降低。

摘要： 由于海洋干扰严重,水声通信十分困难。扩频通信技术具有良好的抗干扰性能,能够保证在复杂的海洋环境中进行可靠的通信,常被用于水声通信中。水声信道是典型的相干多径信道。沿不同路径到达的信号具有不同的传播时延和到达角,因此接收信号具有时空特性。即接收信号具有时延扩展和角度扩展。多径信号的相干叠加导致接收信号中存在严重的符号间干扰。为了充分利用水声信号的时空聚类特性,该文设计了一个空时处理器,分别对沿每条路径到达的信号进行滤波。结合时空簇的多样性,可以有效提高通信系统的可靠性。提出了一种基于空时聚类处理的水声扩频通信方案。并在仿真和实验中对该通信方案进行了比较和分析,以验证其性能优势。

摘要： 针对传统算法对强干扰背景下相干目标的波达方向(direction of arrival,DOA)估计效率低、精度不高等问题,在构造干扰阻塞矩阵消除特定方向强干扰的基础上,基于局部空间差分算法进行相干目标的DOA估计。首先通过接收信号矩阵的角度信息构造阻塞矩阵来剔除协方差矩阵的强干扰信息,然后利用局部空间差分算法将协方差矩阵划分为若干子阵,从而充分提取有效信息并实现解相干,最后利用线性算子算法完成对目标的DOA估计,避免高复杂度的谱峰搜索。结果表明:该算法有效提高了数据利用率,有较好的解相干效果,能够在不同的信噪比和快拍数条件下获得比传统算法更低的估计偏差和更高的成功概率。

摘要： 室内混响会严重降低语声质量,因此在室内语声通信中对混响的抑制显得尤为重要。针对无线声传感网,该文提出一种基于加权预测误差的分布式自适应去混响算法。通过调整传统递归最小二乘算法,所提出的分布式加权预测误差算法仅需利用一路相同的参考信号和其他节点的本地输出而非全部信号,便可实现最优输出,从而大幅度降低节点间传输的通道数与各节点内滤波器维度。在无线声传感网的仿真实验中表明,该分布式算法可在提供更快的收敛速度和更高的鲁棒性的同时,实现与集中式算法相当的去混响性能。

摘要： 水下小平台(UUV、AUV等)的探测方面往往面临自身尺寸的限制,而无法按照常规的方式进行阵列布放.目前阵列信号处理大多基于波束形成对其进行信号处理,因此阵孔径的大小直接决定目标方位探测的各项性能.本文提出一种虚拟阵元波束形成方法,相对于常规方法在水下小平台的阵列信号处理方面得到了较好的应用.

摘要： 阵列信号处理中有重要地位的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法,由于谱峰搜索的计算量随搜索维度升高急剧增加,从而导致其在实时性需求较高的场合应用受限.尽管遗传算法的并行化、规则化寻优能够取代MUSIC算法中的遍历寻优,但会出现收敛速度慢、陷入局部最优解等问题. 针对这些问题，本文以均匀圆阵为参考，进行二维角度的方位估计，结合MUSIC谱峰特征，通过对遗传算法的选择、交叉、变异三个关键算子的改进，得到一种改进的遗传MUSIC算法。通过计算机仿真，验证算法的有效性和可靠性，在保证精度的情况下，大大缩减计算量。

摘要： 在基于阵列信号处理的测向定位算法中,当阵列天线数目一定时,存在着测角解模糊精度和测向精度之间的矛盾,测角解模糊精度越高,要求天线之间间距越小,这样天线阵列孔径变小,测向精度降低,同时天线间距的减少可能导致在工程上难于安装;而当天线阵列间距变大,孔径变大时,测向精度改善,但是引起了角度模糊现象,针对这个问题,提出了一种虚拟基线配置方案,用于解角度模糊和粗测向,同时便于工程应用和实现,而阵列天线的大孔径用于精测向,仿真结果验证了这种方法的有效性.

摘要： 短快拍观测下的波达方向估计一直是阵列信号处理的难题.SPICE算法可在短快拍甚至单快拍观测下稳健地拟合协方差,它不需要设定超参数并且具有全局收敛的特性,因而非常适用于在短快拍观测下进行源信号的波达方向估计.本文深入分析了空间阵列信号的数学模型以及SPICE算法的原理,针对源信号的波达方向密集分布的情况,在不同信噪比下进行了数据模拟仿真;仿真实验表明:SPICE算法在信噪比为8dB的环境中仅需要单个快拍数据便可区分多个源信号的波达方向,且能量估计值准确.

摘要： 在阵列信号处理中,逆波束形成干扰抑制算法利用干扰的方位信息估计干扰信号进而进行干扰抑制,但在复杂海洋环境中阵列接收的干扰信号往往存在相位随机扰动,此时该方法估计的干扰信号与实际干扰信号有较大偏差,造成干扰抑制效果不理想.为适应干扰相位的随机扰动,具有良好宽容性的逆波束形成干扰抑制算法充分考虑随机扰动的存在,利用干扰重建矩阵估计干扰信号,此时估计干扰信号更接近实际干扰信号,保证干扰抑制有较好的结果.此方法充分考虑了复杂海洋环境中干扰信号的相位扰动,可以获得较好的干扰抑制效果,提高了算法的宽容性.理论分析、计算机仿真结果均表明此算法是有效的.

摘要： 以平面阵为例,对分裂阵半波束处理时参考基元选取进行了讨论,同时对分裂波束相关估计与超短基线阵直接相关时延估计精度进行分析与比较.仿真表明,在基阵有效孔径一致条件下,分裂波束相关性能较优,在低信噪比条件下优势更为明显.

摘要： 以平面阵为例,对分裂阵半波束处理时参考基元选取进行了讨论,同时对分裂波束相关估计与超短基线阵直接相关时延估计精度进行分析与比较.仿真表明,在基阵有效孔径一致条件下,分裂波束相关性能较优,在低信噪比条件下优势更为明显.

摘要： 以平面阵为例,对分裂阵半波束处理时参考基元选取进行了讨论,同时对分裂波束相关估计与超短基线阵直接相关时延估计精度进行分析与比较.仿真表明,在基阵有效孔径一致条件下,分裂波束相关性能较优,在低信噪比条件下优势更为明显.

摘要： 以平面阵为例,对分裂阵半波束处理时参考基元选取进行了讨论,同时对分裂波束相关估计与超短基线阵直接相关时延估计精度进行分析与比较.仿真表明,在基阵有效孔径一致条件下,分裂波束相关性能较优,在低信噪比条件下优势更为明显.

摘要： 以平面阵为例,对分裂阵半波束处理时参考基元选取进行了讨论,同时对分裂波束相关估计与超短基线阵直接相关时延估计精度进行分析与比较.仿真表明,在基阵有效孔径一致条件下,分裂波束相关性能较优,在低信噪比条件下优势更为明显.

摘要： 本发明公开了一种小型化北斗卫星导航抗干扰阵列信号处理板卡及其抗干扰处理方法，板卡包括：模数转换模块、抗干扰处理模块、数模转换模块、时钟分配模块和电源模块；模数转换模块对所接收的模拟中频信号进行量化处理，输出数字中频信号；抗干扰处理模块将模数转换模块输出的N路数字中频信号进行数字带通滤波和数字下变频处理，变为N路基带复信号；对所述N路基带复信号根据抗干扰算法进行抗干扰滤波，得到抗干扰处理后的数字中频信号；数模转换模块，将抗干扰处理模块输出的数字中频信号转换为模拟中频信号，输出给射频前端模块。本发明简化了系统构架，降低了系统复杂度，减小了功耗，减小了系统尺寸，降低了成本。

摘要： 本发明涉及一种频率和方位联合估计的阵列信号处理方法，首先在若干个假设频率的条件下，针对每一个假设的单频信号，建立了状态方程和观测方程。在此基础上，利用卡尔曼滤波器提高了信号的信噪比，进而再利用波束形成器获得目标方位。然后，建立与假设频率和目标方位有关的目标函数。最后，通过使得目标函数达到最大而获得最终的频率‑DOA联合估计。本发明使得频率估计和目标方位估计的均方根误差减小，实现低信噪比环境中频率‑DOA联合估计，提高了接收设备的作用距离，克服了现有方法在低信噪比下参数估计性能下降的问题。

摘要： 本发明涉及声纳信号处理领域，特别涉及一种基于复域压缩感知的阵列信号处理方法及系统。所述方法包括：对声呐阵接收的阵列信号进行复解析变换得到每个阵元的复解析数据，按预估方位在复域对各阵元复解析数据进行时延补偿、相关和累积处理，构建观测序列和复域感知矩阵，采用复域压缩感知方法实现阵列信号处理。在同一检测概率下，相比频域压缩感知方法，本发明的方法对输入信噪比的最低要求得到近10lgMdB的降低(M为通道数)，提升了对弱目标的检测能力。

摘要： 本发明公开了一种稀疏阵列信号处理方法、装置、电路和成像系统，所述方法包括：对子阵列单元构成的稀疏阵列的接收信号、接收本振信号、发射信号和发射本振信号，通过功分和网络划分之后进行第一次混频，得到第一混频信号，并通过耦合器耦合之后进行第二次混频，得到第二混频信号，将所述第一混频信号和所述第二混频信号再次进行混频，得到调制信号，输入到后续的图像处理器中进行进一步的处理，以得到图像信息。所述方法基于子阵列单元构成的稀疏阵列，提出了相应的进行信号处理的方法，基于所述子阵列单元的数目，在信号处理时，对信号进行功分和网络划分，再进行混频处理，最终得到多路中频信号，可以提高成像的分辨率。

摘要： 本发明的目的是提供一种最小软件化阵列信号处理机及信号处理和参数配置方法，由阵列信号处理板的AD采样模块分别对所有通道雷达回波信号进行高速采样，采样后的数据发送到FPGA模块上进行数字下变频以及一级数字波束形成，然后通过SRIO交换机交换各个阵列信号处理板的一级波束数据，进行二级、三级等数字波束形成，形成后的各个指向的数字波束数据发送到各自的DSP处理平台上进行脉冲压缩、动目标指示/检测、恒虚警、目标信息处理等雷达算法处理；本系统可以灵活运用到各种规模的DBF体制雷达中，快速进行系统搭建、程序移植，降低开发难度，缩短整个系统的开发以及验证周期，提高系统的可靠性和成熟度，降低系统的研制成本。

摘要： 一种阵列信号处理系统的信号源产生装置和方法，可以提高阵列信号处理系统中频和基带部分开发和调试效率。装置包括逻辑控制单元，与之相连的数据表、多路DAC输出单元、参数显示单元、参数设置单元。方法则是逻辑控制单元根据参数设置，从数据表中读取数据，经过多路DAC输出单元，输出可以模拟具有设置参数特性的阵列接收中频信号，提供给阵列信号处理系统作为信号源，同时这些参数在参数显示单元显示。

摘要： 本发明公开了一种小型化北斗卫星导航抗干扰阵列信号处理板卡及其抗干扰处理方法，板卡包括：模数转换模块、抗干扰处理模块、数模转换模块、时钟分配模块和电源模块；模数转换模块对所接收的模拟中频信号进行量化处理，输出数字中频信号；抗干扰处理模块将模数转换模块输出的N路数字中频信号进行数字带通滤波和数字下变频处理，变为N路基带复信号；对所述N路基带复信号根据抗干扰算法进行抗干扰滤波，得到抗干扰处理后的数字中频信号；数模转换模块，将抗干扰处理模块输出的数字中频信号转换为模拟中频信号，输出给射频前端模块。本发明简化了系统构架，降低了系统复杂度，减小了功耗，减小了系统尺寸，降低了成本。

摘要： 本发明公开了基于改进哈达玛矩阵的欠采样宽带阵列信号处理方法。该方法包括阵列接收窄带信号模型、阵列下的空域压缩感知观测模型的建立，提出一种基于顺序部分哈达玛下的压缩置零观测矩阵；利用空域稀疏自适应OMP算法和阵列接收信号具有空域稀疏性联立重构估计出水下目标信号的来波方向；并将此方法推广到处理水下宽带信号，提出了一种具有工程实践意义的基于改进哈达玛矩阵的欠采样宽带阵列信号处理方法，此方法可作为主动声呐利用LFM信号在探测目标中的一种减少实际工程中阵元数的手段，可用于水下目标方位捕捉、跟踪等领域。

摘要： 本发明公开了一种基于阵列信号处理的波达方向估计方法，所述方法针对室内定位场景，提出基于旋转不变子空间信息的循环平稳信号正交匹配追踪算法。引入循环平稳算法作为初始相关函数，将时间刻度上的循环平稳性与空间刻度上的阵列信号结合起来，从而有效解决正交匹配追踪算法对噪声敏感，抗噪性能不好的问题；采用旋转不变子空间信息，从而突破正交匹配追踪算法存在的瑞利极限，有效提高多物体定位分辨力并降低计算复杂度；采用基于压缩感知理论的正交匹配追踪算法，通过稀疏信号重构进一步提高算法的抗干扰性。满足了室内定位场景高精度，低时延的要求。

摘要： 本发明涉及声纳信号处理领域，特别涉及一种基于复域压缩感知的阵列信号处理方法及系统。所述方法包括：对声呐阵接收的阵列信号进行复解析变换得到每个阵元的复解析数据，按预估方位在复域对各阵元复解析数据进行时延补偿、相关和累积处理，构建观测序列和复域感知矩阵，采用复域压缩感知方法实现阵列信号处理。在同一检测概率下，相比频域压缩感知方法，本发明的方法对输入信噪比的最低要求得到近10lgMdB的降低(M为通道数)，提升了对弱目标的检测能力。