方位估计

摘要： 为提高最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成算法的方位分辨能力,本文将MVDR算法的输出功率谱重新建模为卷积的形式,并运用两种解卷积技术对MVDR的方位谱进行后处理。该算法将角度空间中心位置的单个声源的MVDR方位谱当作点扩散函数(Point Spreading Function,PSF),并运用Richardson-Lucy算法和快速迭代收缩阈值算法(Fast Iterative Shrinkage-Thresholding Algorithm,FISTA)分别对MVDR(MVDR-RL,MVDR-FISTA)的方位谱进行解卷积后处理,获得背景级更低的MVDR-RL和MVDR-FISTA方位谱,同时提高了分辨能力和估计精度。仿真实验显示了所提算法的良好性能。

摘要： 目前的海洋内波检测技术在实际应用中误差大,受海洋环境影响显著,且无法自主识别。针对这一问题,文中提出了一种基于矢量场处理的海洋内波预警的监测方法。该方法基于声压和质点振速联合信息处理,利用超低频矢量水听器拾取的声场三维信息,可在复杂的海洋背景噪声场中根据方位估计算法对非协作目标进行时-空-频三维跟踪与锁定。内波的到来引起了三维声速剖面的变化,而声场的起伏则导致跟踪的目标信号源声能流强度改变。该方法根据目标信号在内波空间里的信道畸变引起垂直维掠射角异常跳变来实现海洋内波的监测和预报。仿真结果表明,在正常环境中垂直维掠射角略有浮动,变化范围较小;当内波来袭,掠射角发生强烈突变,且最大偏转可突变至负向角度,证明了所提方法的有效性。

摘要： MEMS矢量水听器具有体积小、成本低、低频特性好等优势,在进行水下目标探测时,能同时拾取水下声场的声压及振速信息,单支水听器就可以实现方位估计。将STM32系列单片机作为控制单元,结合平均声强器算法,设计了一套基于STM32的MEMS矢量水听器实时定向系统,并进行了实验验证。实验结果表明,该系统能实现对水下全方位目标的实时方位估计,定向误差为3°。

摘要： 矢量水听器(Vector Hydrophone)可共点同时获取水下声场的声压标量与质点振速信息,为高信噪比SNR新体制声呐系统研制提供了思路,具有重要的军事应用价值。本文对矢量水听器的振速拾取、“8”字型指向性的空间滤波、DOA方位估计与姿态补偿的物理含义进行了阐述。对两种新型的微机电系统(Micro-electronic-Mechanical System, MEMS)仿生纤毛压阻式和铂丝热线式矢量水听器的工作原理进行了介绍,以期对声呐技术人员有所启发。

摘要： 针对振速轴向不一致时矢量传感器阵列的方位估计精度不高问题,提出了一种两步加权交替迭代自适应方法(two-step weighted alternating iterative approach,TWAIA)。在矢量传感器阵列稀疏信号模型中引入轴向角度偏差参数,并把重构的干扰加噪声协方差矩阵作为加权项,基于加权协方差矩阵拟合和加权最小二乘分别构建了关于稀疏信号功率和轴向偏差矩阵的代价函数。首先固定轴向偏差矩阵,采用正则化加权稀疏协方差矩阵拟合方法估计稀疏信号功率;然后固定稀疏信号功率,采用正则化加权最小二乘估计轴向偏差矩阵,并根据轴向偏差在矩阵中的分布特性,重构期望的轴向偏差矩阵,以此交替的方式迭代更新稀疏信号功率和轴向偏差矩阵,直到被估计的稀疏信号功率相较于前一次的迭代值不再变化为止。最终通过对估计的稀疏信号功率谱峰搜索即可实现声源的波达方向估计。仿真结果表明,相较于现有方位估计方法,提出的TWAIA提高了振速轴向不一致时矢量传感器阵列的方位估计精度。

摘要： 针对由于跳频信号的频率随时间不断跳变,导致传统复声强法对其方向估计性能不佳的问题,提出一种改进复声强测向方法。首先,构建时频分布矩阵,利用跳频信号模糊函数的特点,对时频交叉项进行抑制;然后,利用迭代法滤除分布于整个时频面的高斯白噪声,获得清晰的时频分布图,并利用信号的时频特征对信号分离与提取时频脊线;最后,将脊线所对应的时频点进行时间积分,利用时频信息提升复声强法对跳频信号的测向能力。仿真及水池试验结果表明,在信噪比大于0 dB时,方位估计均方根误差小于1°,提升了复声强方法对跳频信号方位估计的准确性与稳定性。

摘要： 针对子空间高分辨方位估计方法稳健性差的问题,根据协方差矩阵稳定估计所需累积次数和各子空间强度谱检测指数差异性,提出一种基于检测指数判决的子空间方位估计方法.该方法将协方差矩阵频域求取过程转换为经相参补偿的时域求取,降低空间数据稳定性对协方差矩阵估计的影响;依据各子空间强度谱检测指数差异,提取各子空间强度谱判决统计量;根据判决统计量实现对目标子空间判决,降低空间背景噪声对最终合成空间强度谱影响.数值仿真及实测数据处理结果表明,相比现有子空间高分辨方位估计方法,该方法能有效降低空间非稳定数据对协方差矩阵估计产生的影响;同时通过对各子空间判决处理,进一步降低了对最低信噪比的需求.

摘要： 在水下无人系统中使用矢量水听器进行声源方位估计具有较大的优势,采用加权直方图法可以利用单个矢量水听器实现方位估计,且计算量较小。文中分析了声能流检测器的原理,由声能流可以获得平面内声能量的分布情况,为加权直方图法提供了理论基础。通过分析发现:在低信噪比下,声源的能量扩展到了真实方位之外,使得加权直方图法的统计间隔会分割声源能量,从而出现方位估计误差。针对这一问题,提出了改进的基于能量搜索的加权直方图法,该算法采用滑动窗口法寻找声源所在区间,并利用重心法获得区间内的能量中心即方位估计的结果。通过仿真证明:改进后的算法在统计间隔为10°,信噪比为-10~10dB时,均比原算法具有更好的性能,其均方根误差平均减小43.7%,且在多目标(干扰)环境下的方位估计结果也更准确。文中研究可为有效改进单矢量水听器方位估计算法提供参考。

摘要： 在水下无人系统中使用矢量水听器进行声源方位估计具有较大的优势,采用加权直方图法可以利用单个矢量水听器实现方位估计,且计算量较小.文中分析了声能流检测器的原理,由声能流可以获得平面内声能量的分布情况,为加权直方图法提供了理论基础.通过分析发现:在低信噪比下,声源的能量扩展到了真实方位之外,使得加权直方图法的统计间隔会分割声源能量,从而出现方位估计误差.针对这一问题,提出了改进的基于能量搜索的加权直方图法,该算法采用滑动窗口法寻找声源所在区间,并利用重心法获得区间内的能量中心即方位估计的结果.通过仿真证明:改进后的算法在统计间隔为10°,信噪比为-10～10 dB时,均比原算法具有更好的性能,其均方根误差平均减小43.7％,且在多目标(干扰)环境下的方位估计结果也更准确.文中研究可为有效改进单矢量水听器方位估计算法提供参考.

摘要： 压缩传感(CS)是一种新颖的信号采样和重构的方法,它通过利用信号的稀疏性或可压缩性这一先验信息,以低于Nyquist采样率的速率作采样,并通过非线性方法实现信号重构.论文将CS应用到声信号的波达方向(DOA)估计中,得到高分辨的水下目标方位估计方法.首先把DOA估计建模为一个标准的CS问题,然后分别利用基追踪去噪(BPD)算法和迭代硬阈值(IHT)算法进行求解.仿真结果与实验结果均表明了方法的可行性,尤其是在阵元间距大于半波长的情况下,该方法能够在相干源、单快拍数的条件下有效估计目标方位.

摘要： 与传统的声压标量水听器不同,矢量水听器可以同时、共点地测量声压和三个方向上的质点振速,即依靠单个矢量水听器就可以完成水下目标的方位估计,因而它的应用受到越来越多的重视,基于单矢量水听器的方位估计成为水声信号处理的一个重要领域.近年来,国内外关于单矢量水听器方位估计的研究有很多的成果,如杨士莪提出根据宽带声压与振速的偶次阶矩阵所组成的联立方程组求解目标的方位和能量.Nehoria在文献中提出基于声强流矢量分解和基于速度协方差分解的两种方位估计方法.

摘要： 针对水下目标的远程被动探测问题,提出了一种声矢量圆阵的宽带相干目标方位估计方法.首先,基于子带分解原理将宽带划分为若干不重叠窄带,根据圆阵模式空间变换理论,将声矢量圆阵转换成与频率无关的虚拟直线阵,并采用声压P与振速(Vr+VΦ)联合处理方法构建了每个窄带的互协方差矩阵,通过求和平均实现了宽带接收信号的互协方差矩阵估计;其次,引入一种修正的矢量奇异值分解算法,对接收相干信号的互协方差矩阵进行重构处理,用于解决相干声源的空间分辨问题;最后,利用MUSIC算法实现了声矢量圆阵宽带相干目标的方位估计.理论分析及仿真结果表明,修正的矢量奇异值分解算法较修正前具有更强的空间分辨能力;P×(Vr+VΦ)声压振速联合处理方法较同阵型的声压阵及其他声压振速联合处理方法(即(P+Vc)×Vc、P×Vc)具有更好的背景噪声抑制能力;将P×(Vr+VΦ)声压振速联合处理方法与修正的矢量奇异值分解算法有机地结合起来,可提高宽带相干源的方位估计性能.水池实验结果进一步验证了算法的有效性.

摘要： 针对低信噪比下麦克风五元体积阵对空中目标方位估计性能差的问题,提出一种基于互相关处理的最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)方位估计方法.该方法首先在五元体积阵的接收信号之间做互相关,获得25个互相关输出;其次,对互相关输出中具有相同相位差的输出求平均,获得17个虚拟阵元上的输出信号.最后,对17元虚拟阵列采用MVDR方法估计来波方向.所提方法同时利用互相关处理和求平均处理以抑制噪声,从而提高MVDR方法在低信噪比情况下的目标方位估计性能.利用数值仿真验证了所提方法的有效性.

摘要： 为确定空间声源位置的分布信息,建立了仿真阵列模型与信号模型,基于常规波束形成算法和空间谱估计MUSIC算法,对两种算法的理论公式进行了推导.在MATLAB中编程进行仿真,对阵列信号分别进行延时求和以及矩阵特征分解,获得了两种算法分别在单一声源、多声源和一维、二维情况下的声源定位识别效果.比较了两种算法在同一情况下的声源方位估计性能.结果表明:两种算法在4种仿真情况下均能确定出声源的空间位置,MUSIC算法控制了旁瓣,相对于常规波束形成拥有更高的声源位置识别分辨率.

摘要： 海洋波导中,拖线阵接收到的远场信号是经过多途到达的,不是严格的平面波.以典型深海声场模型为基础,通过计算机仿真,研究了拖线阵对远场声源的方位估计误差随接收距离的变化规律.观察到方位估计误差随距离呈周期性变化,并与传播损失随距离的变化规律成正相关.利用射线理论揭示了这一现象的物理机理,研究结果有助于深海目标方位的准确估计.

摘要： 水下目标一般为宽带目标,且噪声干扰较强,这些问题都对及时准确地进行水下目标方位估计带来了困难.压缩感知理论作为新的信号处理理论,突破了传统的Nyquist采样定理的限制,在目标方位估计中体现出了突出的优势.针对水下宽带目标方位估计问题,以均匀线列阵为研究对象,构造了水下目标等正弦划分的阵列流形.并通过将阵列接收数据变换到频域,将原宽带信号划分为多个频域子带信号,最后再根据频域快拍对应的中心频率、搜索方位及构造的稀疏阵列流形,采用正交匹配追踪算法估计搜索方位上目标的信号和功率,实现了目标方位估计.仿真实验结果表明,提出的方法比常规方法和最小方差无失真响应方法具有更高的方位分辨率,对阵元数及快拍数的要求更低,噪声抑制能力更强,运算时间大大减少.

摘要： 提出了一种基于罗盘姿态修正的单矢量水听器多重信号分类方位估计方法.海洋环境复杂多变,矢量水听器姿态受海流影响会发生水平转动、横摇和纵倾变化,笛卡尔坐标下估计的目标方位往往与目标实际方位有很大偏差,实际应用中需要对矢量水听器姿态进行修正,进行目标在大地坐标系下的方位估计.试验数据表明:利用罗盘数据修正矢量水听器姿态,可以提高矢量水听器方位估计的稳定性,MUSIC方位估计结果与GPS方位吻合较为一致,证明了该方法的有效性和可行性.

摘要： 本文研究了变化时延精确实现的问题，给出利用线性插值方法实现时延的过程，仿真分析了时延信号的特性，并对时延信号进行方位估计，以验证精确时延方法的有效性。结果表明，时延信号满足实际情况，时延方法可以准确的实现时延。利用此时延方法，可以仿真模拟目标运动过程中阵元的接收信号，减少外场试验次数。

摘要： 针对聚焦类宽带信号方位估计算法运算量较大的问题,提出了一种快速算法.首先利用矩阵的Toeplitz化重构,不用对阵列进行子阵分割,就可实现宽带信号的解相干;然后根据接收数据协方差矩阵的厄尔米特特性,利用酉变换将复数矩阵映射为实数矩阵,通过在实数域特征分解,降低了特征分解的计算复杂度;最后通过投影子空间正交技术,利用噪声子空间和共轭噪声子空间重新构造空间谱,根据谱对称性,在半谱内搜索即可得到信号的角度,同时使谱峰搜索的运算量降低了一半.理论分析及仿真结果表明,新算法无需聚焦运算,精度较高,运算量小,对宽带相干信号有效.

摘要： 本文分析了矢量水听器正交串扰形成的原因,并基于互谱声强法分析了凹点深度大小对单个矢量水听器定向性能的影响.仿真结果表明:(1)在信噪比大于10的条件下,40dB的凹点深度带来的定向角度标准差与理想情况下相近,其差值小于0.004,可以忽略凹点深度对矢量水听器定向性能带来的影响;(2)在信噪比小于-10的条件下,大于30dB的凹点深度带来的定向误差与理想情况下基本一致,此时凹点深度对定向性能的影响减弱。

摘要： 实施例涉及用于第一车辆并且用于在第一车辆处估计第二车辆的方位的车辆、装置、方法和计算机程序。用于第一车辆（200；V1）并且用于在第一车辆（200；V1）处估计第二车辆（V2）的方位的方法（10）包括：获得（12）关于第一车辆（200；V1）的环境地图的信息；接收（14）关于第二车辆（V2）的轨迹的信息；以及基于关于所述轨迹的信息来估计（16）第二车辆（V2）在环境地图中的方位。

摘要： 本发明提供了一种基于深度学习的单台站后方位角估计方法与装置，其中该方法为：将实时地震监测数据输入到震相拾取模型和初动极性识别模型中得到P波的初动极性和震相类别；根据震相类别截取三分量事件波形，并将三分量事件波形输入到后方位角识别模型中得到后方位角的正弦值和余弦值；根据P波的初动极性、清晰度、后方位角的正弦值和余弦值确定后方位角度数。本发明通过利用震相拾取模型和初动极性识别模型高效准确地获取震相类别以及P波初动极性等信息，并利用后方位角识别模型得到后方位角的正弦值和余弦值，可以避免因人工计算导致后方位角估算不准确的问题，从而为地震的定位过程提供了精确的数据支持，使得地震的定位精度大大提升。

摘要： 本发明公开了一种基于阵列背景噪声统计协方差估计的方位估计方法及系统，该方法包括以下步骤：获取实时的阵列接收数据；估计阵列的统计样本协方差矩阵；基于统计样本协方差矩阵，估计非均匀的阵列背景噪声；构造稀疏约束优化算法，求解目标方位。本发明通过对实时采集的阵列数据，动态实时估计出阵列的背景噪声，然后在声纳进行方位估计前，减去所估计的各个传感器非均匀噪声，以提高声纳方位估计精度，获取的目标方位误差小、精度高，更贴近于真实值，大大增加了声呐探测的准确性，并且本发明的方法可用于多种不同的阵列，适用性更强。

摘要： 本发明公开了一种基于阵列背景噪声统计协方差估计的方位估计方法及系统，该方法包括以下步骤：获取实时的阵列接收数据；估计阵列的统计样本协方差矩阵；基于统计样本协方差矩阵，估计非均匀的阵列背景噪声；构造稀疏约束优化算法，求解目标方位。本发明通过对实时采集的阵列数据，动态实时估计出阵列的背景噪声，然后在声纳进行方位估计前，减去所估计的各个传感器非均匀噪声，以提高声纳方位估计精度，获取的目标方位误差小、精度高，更贴近于真实值，大大增加了声呐探测的准确性，并且本发明的方法可用于多种不同的阵列，适用性更强。

摘要： 本发明是关于一种水声目标方位估计方法、系统、终端设备及存储介质。该方法包括：计算声源信号的四阶累积量矩阵；对四阶累积量矩阵去冗余；对去冗余的变换四阶累积量进行矢量化运算，得到单观测矢量模型；对单观测矢量模型进行去冗余，得到最终矢量观测模型；建立稀疏表示模型；将波达方位DOA估计问题转换为l1范数稀疏约束优化问题，求解DOA估计值。本发明提供的方案，结合四阶累积量和稀疏表示方法，针对高斯色噪声，应用于浅海水声目标方位估计，有效的扩展了阵列孔径，通过两次去冗余数据，降低了计算复杂度。达到对色噪声的抑制能力更强，具有更高的分辨率，在快拍数少、信噪比低的条件下有更低的均方根误差的效果。

摘要： 一种迭代式多图像相机方位估计，包括：拍摄相机前的场景的图像；检测场景中的线段；通过旋转相机的X‑Y‑Z坐标系以使其与正面、横向和垂直正交方向中的至少两个方向上的线段最佳对齐，从而最大化似然目标，来计算最大似然(ML)相机方位；估计使后验目标最大化的最大后验(MAP)相机方位，以使MAP相机方位是介于先验相机方位和ML相机方位之间的最优值，且更接近不确定性较小的那一个；对多图像相机方位估计进行迭代，其先验相机方位及其对应的先验相机方位不确定性分别设置为计算出的MAP相机方位及其对应的不确定性，直到该不确定性低于阈值为止。

摘要： 本发明提供一种非均匀噪声下大规模阵列幅相误差及目标方位联合估计方法，针对水声阵列在水下安装造成的弯曲，移动等引起的幅度和相位不一致的特性，本发明提供一种非均匀噪声下大规模阵列幅相误差及目标方位联合估计方法，属于水声阵列信号处理领域。本申请基于背景非高斯噪声和均匀线阵幅相特性构建变分贝叶斯模型，联合估计各阵元的噪声功率和阵列幅相偏差，修正阵列流型矩阵，实现高精度的DOA估计。与目前存在的同类型方位估计方法相比，估计精度更高，适应性更强。

摘要： 本发明提供一种脉冲噪声和非均匀噪声联合影响下的大规模阵列目标方位估计方法，属于水声阵列信号处理领域。本申请构建基于水声阵列的变分稀疏贝叶斯信号模型，建立S‑t分布脉冲噪声模型，采用伯努利分布检测脉冲噪声存在概率，所设计模型更加贴近真实应用，且背景噪声用非均匀高斯分布模拟非均匀高斯噪声，提出了非均匀噪声和脉冲噪声混合情况下的高精度波达方向估计方法。与目前存在的同类波大方向估计方法相比，估计精度更高，适应性更强。

摘要： 本发明涉及一种基于约束张量分解的声学矢量阵方位估计方法，属于阵列信号处理领域，解决了传统张量分解算法中未考虑矢量传感器阵列流形矩阵结构特征而引入的拟合误差问题。本发明利用3个参数将矢量传感器阵列流形向量的4个元素进行参数化描述，构造了约束张量分解的最优化问题，通过求解最优化问题实现了约束张量分解。本发明是一种通用的解决方案，可与现有的无约束张量分解算法兼容。由于考虑了额外的阵列流形结构信息，本发明比基于无约束张量分解的方位估计方法具有更高的精度。

摘要： 公开了一种基于矢量水听器的水下目标方位估计方法、系统。所述矢量水听器包括多个按中心对称排列的阵元。对所述阵元的信号进行预处理获得归一化复数域声信号函数与相位信息；对归一化复数域声信号函数做差分求和处理，以建立声学振动方程；根据声学振动方程提取所述阵元的声压与振速信息作为信号输出矢量，同时进一步抑制噪声，并根据由信号输出矢量建立的协方差矩阵提取信号矩阵与噪声矩阵，按照声学振动方程获得信号的方向矢量；根据噪声矩阵和方向矢量建立信号的空间谱函数，谱函数的最大值即为目标的估计方向。本公开的技术可以较好地抑制各向同性的噪声，且可以弥补因多路放大电路不一致而带来的幅值误差，更加适合用于噪声较大的环境。