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低功耗矢量水听器采集与信号处理系统设计 被引量:1
1
作者 蔡兵兵 李世阳 +3 位作者 刘科峰 陈希 王斌 谭旭 《声学技术》 北大核心 2025年第3期386-394,共9页
自容式矢量水听器可以同时获取声压信号和三维矢量场信息,为满足水下长时间工作,对其数据采集平台的功耗、数据处理能力、同步实时存储速度提出了很高要求。而现有矢量水听器采集平台仍存在采集通道少、无法同时满足低功耗和时频域分析... 自容式矢量水听器可以同时获取声压信号和三维矢量场信息,为满足水下长时间工作,对其数据采集平台的功耗、数据处理能力、同步实时存储速度提出了很高要求。而现有矢量水听器采集平台仍存在采集通道少、无法同时满足低功耗和时频域分析的问题。因此,文章提出了一种基于STM32F407的自容式矢量水听器采集存储数据分析平台,不仅实现了八通道的同步信号采集与高速存储,还具有快速傅里叶变换及频域互谱分析、方位估计等功能。实验室与海上试验结果表明:该系统工作稳定,实现了八通道实时数据采集存储,各通道功耗约为0.16 W。在连续采集存储工作模式下,执行声压和振速联合时频域分析进行方位估计,本系统可工作10 d以上。该平台研究为矢量水听器水声信号长时间多通道同步采集、存储、特征提取和目标探测与识别奠定了良好的基础,也为多路标量水听器阵列的低功耗采集与信号处理提供了技术支撑。 展开更多
关键词 自容式矢量水听器 低功耗 信号处理 数据采集存储
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基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号多维参数估计 被引量:1
2
作者 王哲睿 王燕 +1 位作者 王逸林 梁国龙 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期454-465,共12页
针对传统方法对水下非合作跳频信号的多维参数估计效果不佳的问题,提出一种基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号空时频参数估计方法。利用矢量水听器声压通道与振速通道的接收信号建立时频域的短时互谱分布,分析噪声与信号... 针对传统方法对水下非合作跳频信号的多维参数估计效果不佳的问题,提出一种基于单矢量水听器时频声强法的非合作水声跳频信号空时频参数估计方法。利用矢量水听器声压通道与振速通道的接收信号建立时频域的短时互谱分布,分析噪声与信号在时频域分布的差异,通过迭代去噪法与连通域方法,对噪声进行抑制并平滑每跳的能量分布;采用复声强法对短时互谱矩阵进行处理,得到清晰稳定的跳频信号空时频分布;提取空时频分布的脊线并利用Haar小波变换对脊线进行奇异点检测,估计出信号的多维参数。仿真和水池试验结果表明,当信噪比大于-5 dB时,所提方法得到的参数估计归一化均方根误差小于0.05。 展开更多
关键词 矢量水听器 时频声强法 空时频分布 多维参数估计 跳频信号
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基于单矢量水听器多途宽带信号的三维定位算法 被引量:8
3
作者 吴艳群 胡永明 +2 位作者 倪明 罗洪 孟洲 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1181-1187,共7页
针对多途环境下波形未知的近场宽带信号,提出了一种使用单矢量水听器进行三维定位的新算法。对声压与振速互相关函数的推导结果表明:当信号带宽大于直达波和海面一次反射波之间时延的倒数时,互相关函数的两副峰可与主峰分离;两副峰的峰... 针对多途环境下波形未知的近场宽带信号,提出了一种使用单矢量水听器进行三维定位的新算法。对声压与振速互相关函数的推导结果表明:当信号带宽大于直达波和海面一次反射波之间时延的倒数时,互相关函数的两副峰可与主峰分离;两副峰的峰值分别包含两路径的波达方向信息,而其位置对应两路径之间的时延差。仿真结果表明:当直达波和反射波在时域上重叠时,利用两副峰峰值仍然能够有效估计出直达波波达方向;通过构造"互相关峰锐化函数"锐化两幅峰,在低信噪比情况下可提高多途时延估计精度。最后,以多途时延与直达波波达方向为变量建立方程组,估计目标的距离和深度。该算法的定位精度通过Monte-Carlo仿真进行了分析,并深入讨论了其适用性,湖试结果进一步验证了该算法的可行性。 展开更多
关键词 信息处理技术 矢量水听器 多途信号 三维定位
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基于单矢量水听器的水中目标高分辨线谱增强方法
4
作者 李运赫 董金鑫 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第6期55-58,共4页
微弱信号检测一直是被动声呐系统远程探测面临的技术挑战。为了解决水下微弱信号条件下,即低信噪比(SNR)情况下,目标线谱检测难点问题,本文基于单矢量水听器信号接收,提出一种水下目标声压振速频域解卷积联合(CPVD)处理方法,可以实现线... 微弱信号检测一直是被动声呐系统远程探测面临的技术挑战。为了解决水下微弱信号条件下,即低信噪比(SNR)情况下,目标线谱检测难点问题,本文基于单矢量水听器信号接收,提出一种水下目标声压振速频域解卷积联合(CPVD)处理方法,可以实现线谱增强以及提高频域分辨率。采用单矢量水听器接收,保证声呐系统体积小,同时利用其具有指向性这一特点,可以抑制噪声,提高信号增益。在此基础上,通过CPVD算法对水中微弱信号进行线谱增强,实现有效检测。本文提出的方法克服了一些增强算法以及功率谱分析算法需要一定的先验知识以及频域线谱分辨率较低的缺点,从仿真分析和海试数据处理结果可以看出:本文所提出的基于单矢量水听器的水下目标线谱增强算法在低SNR条件下提高频率分辨率方面具有优势,为被动声呐系统微弱信号下的线谱检测提供有效算法。 展开更多
关键词 微弱信号检测 矢量水听器 线谱增强
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单矢量水听器方位估计的柱状图方法 被引量:9
5
作者 姚直象 惠俊英 +1 位作者 蔡平 殷敬伟 《应用声学》 CSCD 北大核心 2006年第3期161-167,共7页
单矢量水听器可以估计目标方位,矢量水听器信号处理中用到的平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰,但不能抗相干干扰。文中提出了一种新的单矢量水听器方位估计方法柱状图方位估计法,介绍了该方法的原理;对宽带信号中含... 单矢量水听器可以估计目标方位,矢量水听器信号处理中用到的平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰,但不能抗相干干扰。文中提出了一种新的单矢量水听器方位估计方法柱状图方位估计法,介绍了该方法的原理;对宽带信号中含强线谱相干干扰的情况进行了计算机仿真,结果表明该方法在强线谱相干干扰下能有效检测目标、估计目标方位;海试结果验证了该方法抗强线谱相干干扰的有效性。 展开更多
关键词 单矢量水听器信号处理 柱状图方位估计 相干干扰
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基于单矢量水听器四种方位估计方法 被引量:38
6
作者 姚直象 惠俊英 +1 位作者 殷敬伟 杨娟 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2006年第1期122-127,131,共7页
单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并... 单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并进行目标方位估计。当宽带信号中存在线谱相干干扰,以及线谱信号被宽带相干噪声干扰时,上述两种方法不能检测目标。为解决这个问题,新提出了直方图和加权直方图两种方法,直方图方位估计法能抗强线谱相干干扰,并能区分含线谱的多目标;加权直方图方位估计法能从宽带相干干扰中检测目标,估计目标方位。并着重介绍了后两种方法的原理,对四种方法进行了计算机仿真,并用海试结果验证了上述结论。 展开更多
关键词 矢量水听器 信号处理 直方图 方位估计 平均声强器 相干干扰
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基于矢量信号处理的水声定位系统 被引量:6
7
作者 宋新见 殷冬梅 惠俊英 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2003年第3期110-114,共5页
将传统的水声定位系统与矢量水听器相结合,设计了一种全新的轻便型长基线被动水声定位系统。介绍了系统的组成和工作原理,并结合近年来出现的矢量信号处理技术,设计了新的实时信号处理软件。经湖试和海试,系统的可行性得到了初步的验证。
关键词 水声定位系统 矢量水听器信号处理 扩频通信
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单矢量水听器的MVDR波束形成性能研究 被引量:3
8
作者 何希盈 程锦房 +1 位作者 邓大新 张磊 《兵工自动化》 2009年第11期59-61,共3页
矢量水听器利用MVDR波束形成器可以对目标信号进行波达方向估计,对三维矢量水听器和二维矢量水听器的MVDR波束形成器的性能进行分析研究。结果表明:三维矢量水听器的MVDR波束形成性能较好,而当干扰信号远小于环境噪声时,二维矢量水听器M... 矢量水听器利用MVDR波束形成器可以对目标信号进行波达方向估计,对三维矢量水听器和二维矢量水听器的MVDR波束形成器的性能进行分析研究。结果表明:三维矢量水听器的MVDR波束形成性能较好,而当干扰信号远小于环境噪声时,二维矢量水听器MVDR波束形成对在水平方向上的目标信号有很高的分辨率。 展开更多
关键词 矢量水听器 MVDR 波达方向估计 水声信号处理
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单矢量水听器频域极化加权MUSIC算法 被引量:3
9
作者 刘伟 朴胜春 祝捍皓 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期289-294,共6页
针对经典多重信号分类(MUSIC)算法估计性能受限于空间随机分布噪声的问题,提出了一种基于频域极化加权的单矢量水听器MUSIC算法。该方法提取接收信号频域极化参数,根据目标信号与噪声在极化特性上的区别,对接收信号频谱自适应地加权。... 针对经典多重信号分类(MUSIC)算法估计性能受限于空间随机分布噪声的问题,提出了一种基于频域极化加权的单矢量水听器MUSIC算法。该方法提取接收信号频域极化参数,根据目标信号与噪声在极化特性上的区别,对接收信号频谱自适应地加权。将加权后的频谱信号代替原接收信号,构造极化协方差矩阵,再利用经典MUSIC算法估计目标方位。仿真研究表明,在信噪比为-15 dB且无先验知识情况下,该方法的目标方位估计误差小于5°。海试数据处理结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 矢量水听器 高分辨方位估计 频率域极化分析 多重信号分类
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单压差型矢量水听器方位估计的优化研究 被引量:2
10
作者 王绪虎 陈建峰 +1 位作者 韩晶 张群飞 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期340-346,共7页
针对压差型矢量水听器的直径波长比大于0.2时,利用它进行方位估计性能恶化的问题,提出一种修正的单个压差型矢量水听器多重信号分类(MUSIC)算法。修正方法通过修正压差型矢量水听器的阵列流型,提高了单个压差型矢量水听器MUSIC算法方位... 针对压差型矢量水听器的直径波长比大于0.2时,利用它进行方位估计性能恶化的问题,提出一种修正的单个压差型矢量水听器多重信号分类(MUSIC)算法。修正方法通过修正压差型矢量水听器的阵列流型,提高了单个压差型矢量水听器MUSIC算法方位估计的估计精度,且在直径波长比大于0.2时依然保持较好的估计精度和稳健性。仿真结果表明,单个矢量水听器MUSIC算法相对于声强法在低信噪比时具有更好的方位估计性能,修正的压差型矢量水听器MUSIC算法在直径波长比大于0.2时依然具有良好的估计性能。湖上试验的数据处理结果进一步验证了单个压差型矢量水听器的修正MUSIC方位估计方法在实际系统中是有效的,且其估计性能优于原MUSIC方法。 展开更多
关键词 信息处理技术 压差型矢量水听器 方位估计 多重信号分类算法
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一种改进的基于矢量水听器阵列的相干信号方位估计 被引量:2
11
作者 叶利民 邓大新 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2011年第2期90-93,共4页
为了对相关信号源进行方位估计,针对矢量水听器均匀线列阵,Rahamim提出了一种方法,即将测量数据按同一类型水听器进行排列,但该方法只能实现相干信号的一维方位估计,且存在180°模糊。为此,提出了一种改进方法,即将测量数据按同一... 为了对相关信号源进行方位估计,针对矢量水听器均匀线列阵,Rahamim提出了一种方法,即将测量数据按同一类型水听器进行排列,但该方法只能实现相干信号的一维方位估计,且存在180°模糊。为此,提出了一种改进方法,即将测量数据按同一阵元位置进行排列,采用前后向空间平滑技术。这样不但能实现相干信号的二维方位估计,而且无180°模糊。仿真实验结果证明了该方法的优越性。 展开更多
关键词 矢量水听器 阵列信号处理 相干信号 空间谱 前后向空间平滑技术
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应用匹配场实现单矢量水听器的三维定位 被引量:3
12
作者 王学志 涂英 +1 位作者 吴克桐 蔡惠智 《声学技术》 CSCD 2012年第1期72-76,共5页
将匹配场原理应用到单矢量水听器上实现声源的三维定位,根据声压、质点振速表达式进行推导,获得Bartlett相关表达式并进行分析和仿真。对仿真结果进行分析后指出:声压方法可以获得距离、深度估计,但无法区分角度;声压、轴向振速、法向... 将匹配场原理应用到单矢量水听器上实现声源的三维定位,根据声压、质点振速表达式进行推导,获得Bartlett相关表达式并进行分析和仿真。对仿真结果进行分析后指出:声压方法可以获得距离、深度估计,但无法区分角度;声压、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,但是同声压方法相比,距离深度分辨严重下降;而垂直振速、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,并且在距离、深度上比声压方法稍有提高。所以在单矢量水听器下,为了同时获得距离、深度、角度的估计,需要应用垂直振速、轴向振速、法向振速组合方法。 展开更多
关键词 矢量水听器 匹配场 Bartlett处理 三维定位
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单矢量水听器时空变换技术研究 被引量:1
13
作者 梁国龙 马巍 +1 位作者 范展 王逸林 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期229-234,共6页
提出了一种基于单矢量水听器的信号处理新技术。方法通过对单矢量水听器各通道时域采样数据进行分解,将单矢量水听器等效虚拟为具有空间孔径的半波均匀直线阵。与单矢量水听器相比,虚拟后的阵列具有更窄的空域指向性波束。利用虚拟阵列... 提出了一种基于单矢量水听器的信号处理新技术。方法通过对单矢量水听器各通道时域采样数据进行分解,将单矢量水听器等效虚拟为具有空间孔径的半波均匀直线阵。与单矢量水听器相比,虚拟后的阵列具有更窄的空域指向性波束。利用虚拟阵列的快拍数据可完成对空间目标方位估计,且可对宽带和窄带信号在频率或时域进行处理。新方法无需进行阵列流型的校正,因而具有更强的鲁棒性。理论分析和计算机仿真表明,在各向同性噪声场中,对于窄带或宽带目标,新方法具有比单矢量水听器MUSIC算法更好的方位估计性能。湖上试验验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 信息处理技术 矢量水听器 DOA估计 时空变换
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单矢量水听器二维DOA估计算法 被引量:4
14
作者 陈建军 《声学技术》 CSCD 2012年第3期322-325,共4页
为了减小传统声压阵的布阵规模,提高传统声压阵的测量精度,利用矢量水听器的阵列流形特性,使用阵列信号处理的原理进行二维DOA估计。将单个矢量水听器理解成一个声压水听器和三个振速水听器组成的阵列,在无需知道信号先验知识的条件下,... 为了减小传统声压阵的布阵规模,提高传统声压阵的测量精度,利用矢量水听器的阵列流形特性,使用阵列信号处理的原理进行二维DOA估计。将单个矢量水听器理解成一个声压水听器和三个振速水听器组成的阵列,在无需知道信号先验知识的条件下,分别采用MUSIC算法和ESPRIT算法对多个不相关的单频窄带信号的二维DOA进行了估计。仿真结果表明:在高信噪比情况下,两种算法的精度都很高,优于5阵元的声压平行线阵。利用单矢量水听器能够对信号的二维到达角进行有效估计,远小于传统声压阵的布阵规模。 展开更多
关键词 矢量水听器 二维到达角估计 多重信号分类算法 旋转不变算法
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深海环境下利用单矢量传感器估计目标深度
15
作者 张力元 时洁 +2 位作者 程月祝 路正华 杨济远 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2168-2175,共8页
针对深海环境下目标的深度估计问题,本文研究了可靠声路径下直达波和表面反射波形成的周期性干涉调制模式。提出了一种利用单矢量传感器结合周期干涉调制结构对目标深度估计方法。依据矢量传感器接收到的声场信号构建周期干涉调制结构,... 针对深海环境下目标的深度估计问题,本文研究了可靠声路径下直达波和表面反射波形成的周期性干涉调制模式。提出了一种利用单矢量传感器结合周期干涉调制结构对目标深度估计方法。依据矢量传感器接收到的声场信号构建周期干涉调制结构,利用水平复声强和垂直复声强获得目标的垂直到达角,通过周期干涉调制结构同目标深度之间的关系估计目标的深度。Bellhop数值仿真实验结果表明该方法能够有效估计目标深度,并且不需要精确的海洋环境知识。 展开更多
关键词 深海波导 可靠声路径 矢量传感器 周期干涉调制结构 声学信号处理 深海目标定位
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单矢量水听器的高分辨方位估计应用研究 被引量:41
16
作者 梁国龙 张锴 +2 位作者 付进 张瑶 李利 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期986-990,共5页
为了提高单矢量水听器的目标分辨能力,将MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流型特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计。根据应用中出现的问题,对算法进... 为了提高单矢量水听器的目标分辨能力,将MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流型特点,将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上,实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计。根据应用中出现的问题,对算法进行改进。计算机仿真结果表明,在无需知道信号先验信息条件下,该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信号和宽带信号的高分辨方位估计,而且在足够高的信噪比条件下,能够达到渐进无偏估计。湖试数据的处理结果验证了改进算法的有效性。 展开更多
关键词 信息处理技术 高分辨方位估计 矢量水听器 子空间分解
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单矢量水听器OFDM水声通信技术实验 被引量:9
17
作者 刘凇佐 周锋 +2 位作者 孙宗鑫 李慧 乔钢 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期941-947,共7页
针对水声通信中信道特性复杂、低信噪比的情况,为提高水声通信质量,在理论研究OFDM与矢量信号处理技术基础上,提出并设计了一套基于DSP平台和三维同振型矢量水听器的矢量OFDM实时水声通信调制解调器.在哈尔滨市松花江水域中进行了水平... 针对水声通信中信道特性复杂、低信噪比的情况,为提高水声通信质量,在理论研究OFDM与矢量信号处理技术基础上,提出并设计了一套基于DSP平台和三维同振型矢量水听器的矢量OFDM实时水声通信调制解调器.在哈尔滨市松花江水域中进行了水平方向上矢量水声通信实验.实验结果表明,系统达到实时通信的要求,在4.3 km的水平通信距离上、QPSK调制、1/2卷积码编码、通信频带4~8 kHz的条件下,通信速率达到1 873 bit/s,最终误码率低于10-4,矢量OFDM比标量OFDM水声通信误码率有明显改善. 展开更多
关键词 水声通信 正交频分复用 矢量水听器 矢量信号处理 水声调制解调器
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基于MEMS仿生矢量水听器的水声定向研究 被引量:4
18
作者 陈桂英 张国军 +1 位作者 刘林仙 张文栋 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第6期15-17,共3页
MEMS矢量水听器不仅可以测量声压信号,还可以测量质点的振速信号,它具有与频率无关的偶极子自然指向性。单一的矢量水听器就能够测量水中的声压和质点振速。利用矢量水听器的这种特性,结合波束形成原理,采用数字信号处理(DSP)技术,设计... MEMS矢量水听器不仅可以测量声压信号,还可以测量质点的振速信号,它具有与频率无关的偶极子自然指向性。单一的矢量水听器就能够测量水中的声压和质点振速。利用矢量水听器的这种特性,结合波束形成原理,采用数字信号处理(DSP)技术,设计了基于MEMS仿生矢量水听器的水声定向系统,并进行了实际测试,结果表明:该系统能很好地实现对目标360°方位的定向功能。 展开更多
关键词 MEMS矢量水听器 数字信号处理 波束形成 定向
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基于波达方向矩阵的矢量水听器方位频率联合估计 被引量:5
19
作者 何希盈 程锦房 +1 位作者 林春生 朱读明 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2008年第5期37-41,共5页
提出了一种新的基于单个矢量水听器的方位频率联合估计方法——波达方向矩阵法。利用矢量水听器的时延数据,构造了两个相同的子阵,通过对波达方向矩阵的特征分解,实现了对目标信号的波达方向估计,并同时得到了目标的频率特征。计算机仿... 提出了一种新的基于单个矢量水听器的方位频率联合估计方法——波达方向矩阵法。利用矢量水听器的时延数据,构造了两个相同的子阵,通过对波达方向矩阵的特征分解,实现了对目标信号的波达方向估计,并同时得到了目标的频率特征。计算机仿真实验表明,该方法具有较好的估计精度。 展开更多
关键词 矢量水听器 波达方向估计 波达方向矩阵 水声信号处理
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基于PSO-BP神经网络的矢量水听器的DOA估计 被引量:3
20
作者 郭亚强 王鹏 白艳萍 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1229-1233,共5页
利用PSO-BP神经网络,研究了基于矢量水听器阵列的水下声源的波达方向估计。首先对阵列协方差矩阵进行实值化和特征分解,然后将信号子空间的基作为PSO-BP神经网络的输入,并作为样本数据进行训练,以降低PSO-BP神经网络的复杂度.最后将测... 利用PSO-BP神经网络,研究了基于矢量水听器阵列的水下声源的波达方向估计。首先对阵列协方差矩阵进行实值化和特征分解,然后将信号子空间的基作为PSO-BP神经网络的输入,并作为样本数据进行训练,以降低PSO-BP神经网络的复杂度.最后将测试样本代入PSO-BP神经网络,成功地进行了DOA估计。仿真实验表明,该方法泛化性能好,解决了输入维数过大的问题,并提高了DOA估计精度,具有较强的工程应用价值。 展开更多
关键词 信号处理 DOA估计 信号子空间 BP神经网络 矢量水听器
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