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降维music算法在局放超声阵列检测中的应用研究

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降维MUSIC算法在局放超声阵列检测中的应用研究

作者：刘丹华北电力大学

学位级别：硕士

电力变压器内部发生局部放电时,其发生位置对电力变压器绝缘状况的评估影响很大。现有的基于music的局放超声检测方法,其测向精度在一定程度上,满足工程实际的要求。但是,由于music算法,采用的是二维空间谱峰搜索,其等高线图以及谱峰图... 详细信息

电力变压器内部发生局部放电时,其发生位置对电力变压器绝缘状况的评估影响很大。现有的基于music的局放超声检测方法,其测向精度在一定程度上,满足工程实际的要求。但是,由于music算法,采用的是二维空间谱峰搜索,其等高线图以及谱峰图不能直观的从图中看出局放源的波达方向(DOA)估计量,且计算复杂性较高,测向精度较差,还有待进一步提高。据此,论文重点开展了降维music算法在局放超声阵列检测中的应用研究。主要内容如下:(1)提出了一种降维music的局放超声阵列的测向方法。该方法将局放超声阵列信号的波达方向(方位角和俯仰角)的谱峰空间二维并行搜索方式,降维分解为方位角和俯仰角的一维顺序搜索方式。建立了局放信号和超声阵列传感器的仿真模型,研究了降维music算法的性能以及复杂度,开展了基于降维music的局放超声阵列对单局放源及双局放源的仿真研究,并与基于Fast DOA算法和Root-music算法的局放超声阵列对单局放源仿真结果进行了对比分析。结果表明:该方法计算复杂性较低,计算速度快,测向精度高,分辨性能好,并且其测向星谱图可直观估计出信号源的方位信息,验证了该测向方法对局放源DOA估计的可行性。(2)开展了基于降维music的局放超声稀疏阵列传感器对局放源进行定位的仿真研究。采用降维music算法,利用4种稀疏阵列传感器对单局放源及双局放源进行定位仿真研究。仿真结果表明:测向性能较好的降维music算法,可以弥补阵列结构本身的测向性能的不足,降低了阵列结构对测向误差的影响,进而提高定位准确度。(3)完善了实验平台,开展了将降维music算法应用于处理满阵及稀疏阵列分别采集的模拟实验中实测的局放超声阵列信号的实验研究。实验结果验证了基于降维music测向方法的满阵及稀疏阵列对单局放源及双局放源均可实现DOA的估计,并且其测向精度较高,进而提高了下一步定位的准确度,为实际应用提供重要的指导信息。

关键词：局部放电降维music 局放超声阵列 DOA估计

MIMO雷达中一种降维music的相干角度估计算法

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沈阳航空航天大学学报 2012年第3期29卷 64-70页

作者：张小飞陈晨南京航空航天大学电子信息工程学院南京210016

研究单快拍下双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达中相干信源的离开角(Direction of departure,DOD)与到达角(direction of arrival,DOA)联合估计问题。利用单快拍下双基地MIMO雷达的接收信号构造一组Toeplitz矩阵,利用这组Toeplitz矩阵重构一个信号矩阵,提出一种基于降维多重信号分类(Reduced Dimension Multiple Signal Classification,RD-MU-SIC)的DOD与DOA联合估计算法。提出的算法能够有效估计相干信源以及非相干信源的角度,实现角度的自动配对,并且角度估计性能远优于FBSS-ESPRIT算法以及ESPRIT-like算法。仿真结果验证了算法的有效性。

关键词：双基地MIMO雷达相干信源单快拍降维music 角度估计

基于降维处理的music二维DOA估计算法

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现代导航 2018年第3期9卷 196-199页

作者：张铁峰吉波中国电子科技集团公司第二十研究所西安710068 中国人民解放军驻210所军事代表室西安710065

针对music(多重信号分类法)估计方法实现二维DOA(波达方向)估计的计算量大且遍历搜索耗时的问题,给出了一种基于降维处理的music算法。该算法无需进行二维谱峰值搜索。该算法利用二次优化方法将二维DOA估计分解为一维DOA估计,先通过一维... 详细信息

针对music(多重信号分类法)估计方法实现二维DOA(波达方向)估计的计算量大且遍历搜索耗时的问题,给出了一种基于降维处理的music算法。该算法无需进行二维谱峰值搜索。该算法利用二次优化方法将二维DOA估计分解为一维DOA估计,先通过一维music估计获得信号与x轴夹角,再利用最小二乘算法估计获得信号与y轴夹角。最后利用角度关系式得到信号的二维DOA估计值。该算法的复杂和搜索范围都大大降低,仿真表明,该算法具有较好的角度估计效果。

关键词： DOA 降维music 最小二乘法

基于music算法的L型阵列MIMO雷达降维DOA估计

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电子与信息学报 2014年第8期36卷 1954-1959页

作者：王伟王晓萌李欣陈广哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

该文提出一种基于music算法的L型阵列多输入多输出雷达降维波达方向(DOA)估计算法。该算法首先针对L型阵列导向矢量的结构,构造出一个降维矩阵,将回波信号转换到低维空间。然后利用二次优化方法将2维DOA估计分解为两个1维DOA估计。最后... 详细信息

该文提出一种基于music算法的L型阵列多输入多输出雷达降维波达方向(DOA)估计算法。该算法首先针对L型阵列导向矢量的结构,构造出一个降维矩阵,将回波信号转换到低维空间。然后利用二次优化方法将2维DOA估计分解为两个1维DOA估计。最后利用music空间谱估计其中1维角度,并利用求得的角度回代谱函数,对另1维角度进行求根估计。该算法将2维空间谱搜索降为1维搜索,极大地降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果验证了该算法的准确性和可行性。

关键词：多输入多输出雷达 L型阵列降维music 低复杂度

极化敏感面阵的DOA-极化参数降维估计算法

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无线电工程 2022年第3期52卷 384-390页

作者：刘淳熙王文亮彭冬亮陈志坤吴美婵杭州电子科技大学自动化学院浙江杭州310018 中船(浙江)海洋科技有限公司浙江舟山316021

针对极化敏感面阵的极化域-空域联合谱估计,现有的多重信号分类(Multiple Signal Classification,music)算法需要进行四维谱峰搜索,计算量较大。建立了一种极化参数与空域参数分离的长矢量模型,在此基础上提出了一种基于不等式约束的降... 详细信息

针对极化敏感面阵的极化域-空域联合谱估计,现有的多重信号分类(Multiple Signal Classification,music)算法需要进行四维谱峰搜索,计算量较大。建立了一种极化参数与空域参数分离的长矢量模型,在此基础上提出了一种基于不等式约束的降维music算法。利用极化矢量的模值有界性,将联合谱估计问题转化为不等式约束优化问题,在空间域进行谱峰搜索先行估计出信号的波达方向(Direction of Arrival,DOA),进而估计极化相位差和极化幅角。与4D-music算法相比,所提算法将四维搜索降低至二维,运算量显著降低。计算机仿真实验证明了算法的有效性和高精度性。

关键词：极化敏感面阵波达方向估计极化参数估计降维music 不等式约束

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共形频控阵列关键技术研究

共形频控阵列关键技术研究

作者：李子豪电子科技大学

学位级别：硕士

频控阵（Frequency Diverse Array,FDA）由于其距离-角度-时间依赖的波束图特性,成为近年来的一个热点问题。相对于线形阵列和平面阵列,共形阵列具有易于附着载体表面、可减轻对载体空气动力学影响的优点。探索两者结合的阵列性能是值... 详细信息

频控阵（Frequency Diverse Array,FDA）由于其距离-角度-时间依赖的波束图特性,成为近年来的一个热点问题。相对于线形阵列和平面阵列,共形阵列具有易于附着载体表面、可减轻对载体空气动力学影响的优点。探索两者结合的阵列性能是值得研究的方向,然而,针对共形FDA却鲜有研究。结合共形阵列和FDA的优点,本文建立共形FDA阵列数学模型,探索阵列特性并研究相关算法。本文的主要工作如下:（1）建立共形FDA的通用模型。在现有的FDA研究基础上,将阵列阵元位置放在三维空间中,针对每个阵元单独进行方向图建模,建立通用的共形FDA通用模型。阵列的方向图建模使用欧拉旋转方法,针对不同的阵元计算不同的欧拉旋转角,建立阵元局部坐标与全局坐标的转换框架。同时,针对柱面,锥形和球形阵列进行具体的仿真分析,分析其波束图特性。（2）提出基于共形FDA的对数频偏波束形成方法,并提出FDA波束图驻留时间分析算法并将其应用于平面FDA。针对共形FDA,使用对数频偏波束形成实现期望的单峰方向图,消除距离维的周期性。针对脉冲平面FDA,首次实现了对固定观察点波束驻留时间的定量分析,通过使用不同发射信号频偏的编码方法,探索阵列几何构型、时间、距离、角度等因素对驻留时间的影响,同时研究波束聚焦特性。（3）提出一种基于共形FDA-MIMO的降维多重信号分类（Reduced-Dimension-Multiple Signal Classification,RD-music）参数估计算法。将共形阵列引入FDA-MIMO的阵列构型中,首次创建共形FDA-MIMO雷达数学模型。使用music算法进行参数估计,同时为降低传统music算法因三维参数搜索带来的运算量,提出一种新的降维music算法。同时对RD-music算法进行复杂度分析,并推导了基于共形FDA-MIMO雷达参数估计的克拉美-罗下界（Cramér-Rao lower bound,CRLB）,利用数值仿真证明了RD-music算法的有效性。

关键词：平面频控阵共形频控阵波束驻留时间分析参数估计降维music

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复杂电磁环境下相干信源DOA估计算法研究

复杂电磁环境下相干信源DOA估计算法研究

作者：刘武鹏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

现代信息化战争面临的是陆、海、空、天、电五维一体化的作战空间,敌我双方的信息对抗,多种武器装备辐射的高密度、高强度、多频段的电磁波以及背景噪声等生成的战场电磁环境极其复杂,现有DOA估计方法运用于复杂电磁环境下的DOA估计时... 详细信息

现代信息化战争面临的是陆、海、空、天、电五维一体化的作战空间,敌我双方的信息对抗,多种武器装备辐射的高密度、高强度、多频段的电磁波以及背景噪声等生成的战场电磁环境极其复杂,现有DOA估计方法运用于复杂电磁环境下的DOA估计时由于受到多信源、低信噪比、相干干扰等原因使得算法性能严重下降,本文主要围绕复杂电磁环境下空间中存在多个相干信号源、角度相近时DOA估计算法进行了探索性研究,取得的主要研究成果概括如下:(1)分析传统空间平滑解相干技术,该方法以牺牲阵元数量为代价达到解相干的目的,对于某一既定的阵列来说,减小阵列孔径意味着降低空间平滑解相干算法分辨力性能,针对这一问题提出改进的空间平滑算法,通过构造矩阵使得平滑子阵的数目等于原本整个阵列的阵元数量,并进行双向空间平滑,相当于增加阵列的有效阵元数量,提高了算法性能,仿真验证了算法的有效性。(2)针对传统的music算法在估计多个目标来波角度相近时由于受算法分辨力的限制出现角度兼并的问题,引入信号的极化信息可有效解决这一问题,然而带来的搜索量大,复杂度高的问题,本文提出了一种带预估计降维的music算法,该方法首先根据矢量电磁阵列建立数据接收模型,通过预估计将搜索范围缩小,再利用极化矩阵的约束条件将角度和极化参数分离式估计,实现降维处理的效果,有效的降低了运算量,仿真结果表明算法性能良好。(3)随着近年来矢量极化阵列被运用于求解相干DOA估计问题,产生的高维的矩阵运算复杂度高、耗时大的问题,本文通过研究基于相关PARAFAC模型分解算法实现了一种极化敏感矢量L阵列的二维DOA估计算法,该算法利用了PARAFAC模型的分解具有无模糊辨识模型参数的良好性能,由于PARAFAC算法是三维矩阵分解类算法,同时包含了空域、极化域、时域三个域的参数,在来波信号相干且空间角度相近的情况下仍然能将多个信号分辨出来,文章最后通过对比与Cramér–Rao界仿真实验分析了算法性能。

关键词：解相干矢量极化降维music PARAFAC模型

Alpha噪声背景下双基地MIMO雷达目标角度估计方法研究

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Alpha噪声背景下双基地MIMO雷达目标角度估计方法研究

作者：车晓男吉林大学

学位级别：硕士

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达是雷达探测领域上的研究热点,它是将MIMO技术和雷达系统结合在一起形成的一种新兴雷达。双基地MIMO雷达目标角度估计算法中的噪声假设大都是基于高斯噪声背景下进行研究的,但在... 详细信息

多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达是雷达探测领域上的研究热点,它是将MIMO技术和雷达系统结合在一起形成的一种新兴雷达。双基地MIMO雷达目标角度估计算法中的噪声假设大都是基于高斯噪声背景下进行研究的,但在大量的信号处理实践中发现,这种基于二阶矩和高阶累计量的信号处理方法鲁棒性很差。研究表明,双基地MIMO雷达所处的噪声环境中,不单单只存在高斯噪声,而且大量地存在着非高斯冲击噪声。Nikas明确指出:Alpha稳定分布可以用于此类噪声的数据建模。冲击噪声对目标角度估计算法的危害极大,传统基于二阶矩和高阶累积量的信号处理方法性能严重下降甚至失效。针对这一问题,论文围绕着a噪声背景下的双基地MIMO雷达的目标角度估计问题,进行了如下研究:1.基于分数低阶矩和归一化相关的双基地MIMO雷达角度估计方法针对冲击噪声背景下双基地MIMO雷达的DOA-DOD联合估计问题,研究了分数低阶矩理论和归一化相关理论,并提出了两种算法:FLOM Unitary-ESPRIT算法和归一化相关Unitary-ESPRIT算法。通过计算机仿真,在冲击噪声背景下,本文提出的两种算法都能够正确地估计出波达方向角(Direction of Arrival,DOA)和波离方向角(Direction of Departure,DOD),并能够实现角度参数自动配对。2.基于降维Root-music的双基地MIMO雷达角度估计方法针对2D-music算法需要二维谱峰搜索,计算复杂度高的问题,研究了一种在冲击噪声背景下的降维Root-music角度估计方法。该算法不需要谱峰搜索,算法复杂度低,角度估计精度高,能够实现角度参数自动配对,并且可以扩展到其他的阵列。通过计算机仿真验证了该算法的有效性。3.基于单位圆变换的双基地MIMO雷达角度估计方法在特征指数α的值域在0＜α＜1范围时,基于分数低阶矩的信号处理方法性能退化严重,不能有效地抑制冲击噪声影响。针对这一问题,研究了单位圆变换的基础理论,并提出基于单位圆变换的最小范数music角度估计算法,该方法不仅保留了信号的相位信息,而且能有效地抑制冲击噪声。最后,通过计算机仿真验证了算法在强冲击噪声环境下可以有效地估计目标角度并有较好的角度估计性能。

关键词：双基地MIMO雷达降维music 冲击噪声分数低阶统计量归一化相关

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阵列参数估计中的降维算法研究

阵列参数估计中的降维算法研究

作者：周明南京航空航天大学

学位级别：硕士

信号波达方向(Direction of Arrival,DOA)是阵列信号处理所研究的核心问题。随着阵列信号处理理论的发展,多维参数估计成为了研究热点。常见的多维参数估计包含多维角度估计,DOA和频率联合估计,DOA和极化联合估计,多输入多输出(Multiple... 详细信息

信号波达方向(Direction of Arrival,DOA)是阵列信号处理所研究的核心问题。随着阵列信号处理理论的发展,多维参数估计成为了研究热点。常见的多维参数估计包含多维角度估计,DOA和频率联合估计,DOA和极化联合估计,多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达中离开角(Direction of Departure,DOD)和DOA联合估计等。将常用的谱峰搜索算法扩展到多维参数估计中,可实现多维参数的联合估计,但多维谱峰搜索的运算复杂度非常高,限制了这类算法的应用。因此,研究阵列参数估计中的降维算法具有理论价值和应用前景。本文的主要工作如下:(1)研究了均匀面阵中一种基于降维多重信号分类(Reduced-Dimension MUultiple SIgnal Classification,RD-music)的二维角度估计算法。该算法通过降维处理,只需一维局部谱峰搜索,相比于二维music(Two dimensional music,2D-music)算法降低了复杂度,且该算法角度估计性能非常接近于2D-music算法。(2)提出了均匀面阵中一种基于降维传播算子(Reduced-Dimension Propagator Method,RD-PM)的二维角度估计算法,该算法利用传播算子矩阵的旋转不变性进行初始估计,通过降维处理,采用一维局部谱峰搜索获取更为精确的估计值。该方法无需对接收信号协方差矩阵进行特征值分解,无需二维全局谱峰搜索,复杂度大大降低,并实现了估计参数的自动配对。(3)考虑了非均匀阵列MIMO雷达中二维角度估计问题,研究了一种降维PM算法实现的DOD和DOA联合估计方法。该算法将二维谱峰搜索简化为一维局部谱峰搜索,实现了自动配对的DOD和DOA联合估计。仿真结果显示,该算法估计性能优于广义ESPRIT算法,PM-like算法,ESPRIT-like算法,且非常接近于2D-PM算法。(4)提出了电磁矢量传感器MIMO雷达中一种基于降维music的DOD、DOA和极化联合估计算法。该算法利用借助旋转不变性估计信号参数(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)算法得到初始估计,再通过降维变换,避免了多维谱峰搜索,大大降低了复杂度。仿真结果显示该算法参数估计性能优于ESPRIT算法,平行因子(PARAllel FACtor,PARAFAC)算法,且具有参数自动配对的优点。

关键词：降维music 降维PM DOA估计谱峰搜索 MIMO雷达电磁矢量传感器