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基于FOC-music算法的谐波恢复方法研究

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基于FOC-MUSIC算法的谐波恢复方法研究

作者：曲思凝吉林大学

学位级别：硕士

噪声背景下的谐波恢复方法研究一直以来都是信号处理领域的重点研究问题,在生物医学、电力系统等众多领域都有着广泛的应用。现有的分数低阶矩(Fractional Lower Order Moment,FLOM)算子对α噪声的抑制能力有限,严重影响了谐波参数估计... 详细信息

噪声背景下的谐波恢复方法研究一直以来都是信号处理领域的重点研究问题,在生物医学、电力系统等众多领域都有着广泛的应用。现有的分数低阶矩(Fractional Lower Order Moment,FLOM)算子对α噪声的抑制能力有限,严重影响了谐波参数估计的精度。针对上述问题,本文采用分数阶累积量(Fractional Order Cumulant,FOC)算子结合music(Multiple Signal Classification)方法,提出了基于FOC-music算法及相关改进算法的谐波恢复方法。FOC算子具有的线性和半不变性性质,使其在能够有效抑制α和高斯混合噪声的同时,化简了分析计算过程,显著提升了谐波信号频率的估计性能。本文的具体研究内容如下:(1)提出了基于FOC-music和FOC-Root music算法的谐波恢复方法。论证了算法的无偏一致估计性,仿真证明算法优越性。所提两种算法在小信噪比和特征指数较低条件下,谐波信号参数估计性能较传统FLOM-music算法有显著提升,且小样本条件下FOC-Root music算法性能优于FOC-music算法;(2)针对经典music方法在全域搜索过程中运算量大的问题,利用最小范数计算工具,对噪声子空间进行线性处理,提出了一种基于FOC-SMNmusic算法的参数估计方法。该算法降低了观测矩阵的误差敏感性,在有效地保证算法强分辨能力的同时,大大节约了搜索成本;(3)针对FOC-music及其衍生算法在确定谱峰搜索函数时,仅利用噪声子空间进行计算的问题。为进一步提升算法精度和稳定性,提出了一种基于FOCESmusic算法的参数估计方法。该算法利用信号子空间矩阵对谱峰搜索函数进行加权,使得估计结果更加准确,具有较高的理论价值和实际工程意义。

关键词：谐波恢复分数阶累积量算子 music方法 α噪声无偏一致估计

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叶端定时中多重信号分类法的滤波特性研究

西安交通大学学报 2022年第2期56卷 191-197页

作者：王增坤杨志勃李浩琪曹佳辉杨来浩田绍华李明陈雪峰西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 西安交通大学机械工程学院西安710049

为了揭示多重信号分类法(music)具有滤除同步频率分量特性的数学机理,基于music方法中的信号子空间生成过程与主成分分析方法中的主成分生成过程的一致性,对music滤波特性进行了研究。以正弦信号假设下单频率分量的情况为例,证明了异步... 详细信息

为了揭示多重信号分类法(music)具有滤除同步频率分量特性的数学机理,基于music方法中的信号子空间生成过程与主成分分析方法中的主成分生成过程的一致性,对music滤波特性进行了研究。以正弦信号假设下单频率分量的情况为例,证明了异步频率分量与同步频率分量的信号子空间分别可以用二维直角坐标系和一维坐标轴可视化表示。通过分析导向矢量在信号子空间坐标系中的位置得出,人为设置相位的导向矢量位于同步频率分量的信号子空间之外,从而导致了滤波现象的发生。仿真和实验结果表明:同步频率分量和异步频率分量同时存在于叶片振动信号的非共振区;music方法能够克服频率混叠且具有滤除同步频率分量的滤波特性;该滤波特性能够被导向矢量与子空间坐标系的相对关系解释。

关键词：叶端定时同步频率分量异步频率分量 music方法滤波

一种基于吉布斯抽样的music频率-方位联合估计算法

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系统仿真学报 2008年第12期20卷 3100-3103页

作者：金勇黄建国谢达西北工业大学航海学院陕西西安710072

将马尔可夫蒙特卡罗方法与music方法估计相结合,提出一种基于吉布斯抽样的频率-方位联合估计新方法(music FREQ-DOA joint Estimator Based on Gibbs Sampling,简称Gibbs-music)。并用该方法联合估计多个目标的频率和方位。这种方法将MU... 详细信息

将马尔可夫蒙特卡罗方法与music方法估计相结合,提出一种基于吉布斯抽样的频率-方位联合估计新方法(music FREQ-DOA joint Estimator Based on Gibbs Sampling,简称Gibbs-music)。并用该方法联合估计多个目标的频率和方位。这种方法将music方法的谱函数作为频率和方位的联合概率密度函数,并采用马尔可夫蒙特卡罗(MCMC)吉布斯抽样方法对该联合概率密度函数进行采样。仿真实验显示在目标个数较少时,该方法不仅保持了常规music方法的高分辨能力,而且降低了计算量,减少了存储量。

关键词： music方法吉布斯抽样马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法联合估计计算复杂度

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基于非圆信号的MIMO阵列方位估计方法

系统工程与电子技术 2010年第8期32卷 1596-1599页

作者：史文涛黄建国侯云山西北工业大学航海学院陕西西安710072

给出了多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)阵列的阵列信号模型。针对信号为非圆信号的形式,提出了一种在MIMO阵列中基于非圆信号的共轭多重信号分类方法(multiple-input multiple-out-put conjugate multiple signal classification,MIMO Cmusic)。这种方法充分利用非圆信号的特点,从阵列接收数据构造共轭对称的Toeplitz矩阵得到伪协方差矩阵,然后用常规music方法进行处理。仿真结果表明,与常规music方法相比,在只需要一次或者少次快拍下,此方法在MIMO阵列中能够分辨多个目标,性能远优于常规的MIMO music方法。

关键词：阵列信号处理波达方向 music方法多输入多输出阵列

基于虚拟时间延迟线阵列的联合频率—到达角二维谱估计

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国防科技大学学报 2003年第5期25卷 40-43页

作者：孙晓昶张忠华龚享铱皇甫堪国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073 中国卫星海上测控中心江苏江阴214431

提出基于虚拟时间延时线阵列的联合频率—到达角二维谱估计方法,把经典的子空间方法推广到空时二维域并进行了改进。基本思路是估计空时噪声子空间和空时信号子空间,然后,利用两个空时子空间特征进行频率—到达角联合二维搜索。正常情... 详细信息

提出基于虚拟时间延时线阵列的联合频率—到达角二维谱估计方法,把经典的子空间方法推广到空时二维域并进行了改进。基本思路是估计空时噪声子空间和空时信号子空间,然后,利用两个空时子空间特征进行频率—到达角联合二维搜索。正常情况下可分辨的信源数远远超出阵元数目;在信号源宽带较大或信号源波长偏离阵列尺寸较远时,不会像经典方法一样出现大的偏差或估计信源角度范围受限;同时给出信号源的频率和到达角估计,更全面地反映了信号特征。

关键词：阵列信号处理 music方法到达角估计频率估计空时处理

一种基于波束域最大非冗余矩阵的四阶高分辨DOA估计算法

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西北工业大学学报 2012年第1期30卷 108-111页

作者：杜金香冯西安杜金燕西北工业大学航海学院陕西西安710072

在非白噪声背景下,基于二阶统计量的高分辨方法性能较差。基于四阶累积量的高分辨方法能较好地抑制空间高斯噪声,但其运算量较大。文献[9]提出了一种基于四阶累积量的波束域music方法,降低了运算量,但其四阶累积量矩阵仍存在较多的冗余... 详细信息

在非白噪声背景下,基于二阶统计量的高分辨方法性能较差。基于四阶累积量的高分辨方法能较好地抑制空间高斯噪声,但其运算量较大。文献[9]提出了一种基于四阶累积量的波束域music方法,降低了运算量,但其四阶累积量矩阵仍存在较多的冗余元素。为了进一步降低运算量,提出了一种波束域最大非冗余四阶累积量矩阵。仿真分析和实验结果表明,与波束域四阶累积量music方法相比,论文所提方法在保证估计性能的同时减小了运算量。

关键词：四阶累积量波束域最大非冗余 music方法方位估计

基于两次傅里叶变换的时域music波达方向估计

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电讯技术 2018年第10期58卷 1206-1211页

作者：邱岚江西科技学院信息工程学院南昌330098

针对基于频域多重信号分类(music)的波达方向(DOA)估计方法在有效快拍数较少情况下的不稳定问题,提出了一种基于两次傅里叶变换的时域music波达方向估计方法。首先,通过傅里叶变换将各阵元接收数据转换为频域数据,并按扫描角度对各阵元... 详细信息

针对基于频域多重信号分类(music)的波达方向(DOA)估计方法在有效快拍数较少情况下的不稳定问题,提出了一种基于两次傅里叶变换的时域music波达方向估计方法。首先,通过傅里叶变换将各阵元接收数据转换为频域数据,并按扫描角度对各阵元数据进行相位补偿;然后,再通过傅里叶变换将补偿后的频域共轭数据转换为时域复解析数据,在时域构建相移后的协方差矩阵;最后利用特征分解求取具有正交特性的噪声子空间,获得扫描方位空间谱,实现对波达方向估计。数值仿真及实测数据处理结果均表明,相比频域music方法,在一次有效快拍条件下,所提方法可稳定获得具有正交特性的噪声子空间,实现对波达方向估计;稳定性得到了5 dB的改善,背景噪声级和旁瓣级得到了3 dB以上的改善,因此该方法可明显提高目标检测和方位估计性能。

关键词：波达方向估计 music方法傅里叶变换时域复解析

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基于矢量水听器阵的目标方位估计方法研究

基于矢量水听器阵的目标方位估计方法研究

作者：罗超西北工业大学

学位级别：硕士

矢量水听器较传统声压水听器有诸多优势，其组成的矢量阵更能提高阵列性能。本文从单个矢量水听器方位估计出发，提出了利用矢量阵的常规波束形成和高分辨率技术估计目标方位。针对矢量阵的常规波束形成，研究了在理想条件下，利用多波... 详细信息

矢量水听器较传统声压水听器有诸多优势，其组成的矢量阵更能提高阵列性能。本文从单个矢量水听器方位估计出发，提出了利用矢量阵的常规波束形成和高分辨率技术估计目标方位。针对矢量阵的常规波束形成，研究了在理想条件下，利用多波束估计目标方位，并进行了计算机仿真。文章还提出了用高分辨率技术区别相干信号源的方法。全文主要工作如下：本文讨论单个矢量水听器方位估计问题。分析同振式矢量水听器的工作原理，建立接收信号的数学模型。归纳水平方位角的三种估计方法，并讨论矢量水听器的定向误差。本文深入研究了矢量水听器阵波束形成以估计远场单目标方位。详细分析矢量水听器阵的常规波束形成方法，并比较矢量阵与常规阵的阵列性能，得出了如下结论：在同等条件下，矢量阵的空间增益高出常规阵的空间增益6dB。讨论在多波束系统中使用比幅法估计目标方位，由于入射方位角与波束响应之比的关系曲线趋向于线形关系，本文尝试用一次插值方法拟合该对应关系，仿真结果表明在SNR≥3dB时，该方法可以较好地估计目标方位。本文深入研究了高分辨率技术估计远场多目标方位。首先研究基于矢量阵的基本music方法，然后重点研究基于矢量阵的可以区分相干信号源的music方法，这些方法主要包括空间平滑技术，修正music（Mmusic）算法和基于前后向平滑的修正矩阵分解（MMD）算法。仿真结果表明在较高信噪比和较低输入数据量时，基于较少矢量阵元Mmusic算法和MMD算法都能较好地估计相干信号源。本文研究矢量阵波束形成系统设计。重点讨论矢量阵波束形成部分的系统设计，其中包括系统的主要功能，系统框图，DSP系统的设计，系统算法的设计理论以及波束形成过程中计算量的初步估计。

关键词：矢量阵波束形成方位估计 music方法

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浅海水声信号多途时延估计

浅海水声信号多途时延估计

作者：薛帅兵西北工业大学

学位级别：硕士

多途时延估计问题经常出现在不同的声呐系统中。多途时延估计广泛的应用于目标定位，波达方向估计等领域，因此具有十分重要的意义。本文对于近年来在水声信号处理领域受到广泛重视的时延估计算法进行了系统的分析与讨论。针对水下声... 详细信息

多途时延估计问题经常出现在不同的声呐系统中。多途时延估计广泛的应用于目标定位，波达方向估计等领域，因此具有十分重要的意义。本文对于近年来在水声信号处理领域受到广泛重视的时延估计算法进行了系统的分析与讨论。针对水下声系统的应用背景，详细介绍了两种时延估计算法：基于特征值分解的music算法和基于最小二乘法的时延估计算法。论文首先介绍了时延估计所要解决的主要问题，以及一般的研究思路。然后介绍了信号的预处理方法，并且对浅海声场做出了初步的描述。然后分两章对两种算法进行逐一整理分析，详细分析了各种算法的原理。并针对不同的算法，进行了不同的计算机仿真实验，分析了各种算法在不同输入信噪比下对于时延估计的效果。证明了这些算法可以获得预期的时延估计。本论文的工作，使现有的一些时延估计算法得到了系统的分析，将时延估计算法进一步向工程化、实用化靠近，为时延估计算法在水下声系统中的实际应用奠定了一定的基础。

关键词：声呐 music方法最小二乘法多途时延估计特征值分解计算机仿真