多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法是一种经典的空间谱估计算法,其利用信号子空间和噪声子空间相互正交的特性,估计出入射信号的波达方向(direction of arrival,DOA)。文章以二维高精度DOA估计的应用需求为目标,...多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法是一种经典的空间谱估计算法,其利用信号子空间和噪声子空间相互正交的特性,估计出入射信号的波达方向(direction of arrival,DOA)。文章以二维高精度DOA估计的应用需求为目标,通过分析MUSIC算法中各个步骤的计算特点,提出了一种算法的实现方法,并在现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)上完成了各个模块硬件电路的设计验证。该方法利用矩阵元素行列序号的对称性,得到了一种计算协方差矩阵的并行化分解方案;采用阈值比较法提高特征分解速度的同时,避免了最值求解,降低了硬件复杂度;在谱峰搜索中使用分步搜索法来提高实时性,并设计了专用硬件电路计算方向向量,以节省存储资源和避免数据读取延时带来的性能损失;与传统实现方法相比,实现了高精度和高实时性的统一。实验结果表明,该方法中的硬件实现方案在100 MHz工作频率的FPGA芯片上,完成一次精度为0.1°的二维DOA估计耗时3~5ms,具有精度高、速度快、资源消耗少的优势。展开更多
针对板状结构的微裂纹成像和评估问题,使用有限元分析方法在三维铝板中建立了埋藏型微裂纹,并采用对称激励的方式,在板中激励出S模态的Lamb波。利用多信号输入分类(multiple signal classification, MUSIC)算法,对传感器阵列捕捉到的信...针对板状结构的微裂纹成像和评估问题,使用有限元分析方法在三维铝板中建立了埋藏型微裂纹,并采用对称激励的方式,在板中激励出S模态的Lamb波。利用多信号输入分类(multiple signal classification, MUSIC)算法,对传感器阵列捕捉到的信号进行处理,测算板中位于远场的微裂纹方向角。而后通过设置多组传感器阵列进行交叉定位,从而实现对板状结构中可能存在的微裂纹的大范围、高精度定位成像。以此为基础,对阵列信号进行波束成形算法处理,实现对信号的空间滤波,以减少其他方向的杂波对阵列信号的干扰;通过对处理后的阵列信号进行分析,计算其非线性参数,实现对裂纹损伤几何信息的评估。研究结果表明,该研究所构建的微裂纹定位成像算法在较高的环境噪声干扰下仍具备较好的损伤成像能力,且计算出的非线性参数与微裂纹厚度和宽度密切相关,可以有效评估微裂纹程度。展开更多
针对传统波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法通过空间平滑对相干信号进行处理损失阵列孔径的问题,文章提出了一种基于协方差矩阵托普利兹(Toeplitz)矩阵重构的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法的波达...针对传统波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法通过空间平滑对相干信号进行处理损失阵列孔径的问题,文章提出了一种基于协方差矩阵托普利兹(Toeplitz)矩阵重构的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法的波达方位估计方法。该方法首先根据阵列接收数据的协方差矩阵及其翻转矩阵来构造新协方差矩阵,并利用新协方差矩阵构造Toeplitz矩阵,然后对其进行特征值分解,得到Toeplitz矩阵的噪声子空间,利用噪声子空间求出信号空间谱,通过谱峰搜索估计入射信号的方位角。文中方法拓展了阵列孔径,增加了可估计相干信号的数量,提升了方位估计的性能,提高了阵列的空间分辨率。仿真和湖上实验数据处理结果表明,文中方法可估计出更多的相干信号,而且在低信噪比、少快拍以及信号入射角度间隔较小时仍然具有良好的方位估计性能。展开更多
针对传统互质阵列波达方向估计方法存在的自由度低、阵列孔径小、相位模糊等问题,提出了一种基于互质MIMO雷达的非圆信号降维波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。该方法结合了互质阵列与MIMO雷达的优点,利用非圆信号特性对...针对传统互质阵列波达方向估计方法存在的自由度低、阵列孔径小、相位模糊等问题,提出了一种基于互质MIMO雷达的非圆信号降维波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。该方法结合了互质阵列与MIMO雷达的优点,利用非圆信号特性对阵列进行扩展,重构接收信号矩阵,然后进行降维处理,并利用噪声特征值的幂级数对噪声子空间进行修正,进一步提高算法精度。最后推导了文中方法的无相位模糊问题。仿真实验表明,文中方法能够有效避免相位模糊,大大提高自由度并扩大阵列孔径,与传统MUSIC算法以及互质阵列MUSIC算法相比,在估计成功率、DOA估计精度等方面均具有更好的性能。展开更多
为解决现有测向系统体积大、运算量高、成本高、同步采集困难等问题,设计了一种低成本高精度二维测向系统,由五阵元十字型天线阵列及HackRF One同步采集子系统组成。该测向系统通过外接频率源、引入时间同步信号以及初始相位校准分别实...为解决现有测向系统体积大、运算量高、成本高、同步采集困难等问题,设计了一种低成本高精度二维测向系统,由五阵元十字型天线阵列及HackRF One同步采集子系统组成。该测向系统通过外接频率源、引入时间同步信号以及初始相位校准分别实现了接收设备间频率同步、时间同步、相位同步,然后将同步的采集信号采用多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法进行处理,估计出二维波达方向。实验结果表明,系统的同步误差可控制在一个采样周期内,定位误差小于2°,可广泛应用于雷达、声呐、室内定位等多种领域。展开更多
文摘多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法是一种经典的空间谱估计算法,其利用信号子空间和噪声子空间相互正交的特性,估计出入射信号的波达方向(direction of arrival,DOA)。文章以二维高精度DOA估计的应用需求为目标,通过分析MUSIC算法中各个步骤的计算特点,提出了一种算法的实现方法,并在现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)上完成了各个模块硬件电路的设计验证。该方法利用矩阵元素行列序号的对称性,得到了一种计算协方差矩阵的并行化分解方案;采用阈值比较法提高特征分解速度的同时,避免了最值求解,降低了硬件复杂度;在谱峰搜索中使用分步搜索法来提高实时性,并设计了专用硬件电路计算方向向量,以节省存储资源和避免数据读取延时带来的性能损失;与传统实现方法相比,实现了高精度和高实时性的统一。实验结果表明,该方法中的硬件实现方案在100 MHz工作频率的FPGA芯片上,完成一次精度为0.1°的二维DOA估计耗时3~5ms,具有精度高、速度快、资源消耗少的优势。
文摘针对板状结构的微裂纹成像和评估问题,使用有限元分析方法在三维铝板中建立了埋藏型微裂纹,并采用对称激励的方式,在板中激励出S模态的Lamb波。利用多信号输入分类(multiple signal classification, MUSIC)算法,对传感器阵列捕捉到的信号进行处理,测算板中位于远场的微裂纹方向角。而后通过设置多组传感器阵列进行交叉定位,从而实现对板状结构中可能存在的微裂纹的大范围、高精度定位成像。以此为基础,对阵列信号进行波束成形算法处理,实现对信号的空间滤波,以减少其他方向的杂波对阵列信号的干扰;通过对处理后的阵列信号进行分析,计算其非线性参数,实现对裂纹损伤几何信息的评估。研究结果表明,该研究所构建的微裂纹定位成像算法在较高的环境噪声干扰下仍具备较好的损伤成像能力,且计算出的非线性参数与微裂纹厚度和宽度密切相关,可以有效评估微裂纹程度。
文摘针对传统波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法通过空间平滑对相干信号进行处理损失阵列孔径的问题,文章提出了一种基于协方差矩阵托普利兹(Toeplitz)矩阵重构的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法的波达方位估计方法。该方法首先根据阵列接收数据的协方差矩阵及其翻转矩阵来构造新协方差矩阵,并利用新协方差矩阵构造Toeplitz矩阵,然后对其进行特征值分解,得到Toeplitz矩阵的噪声子空间,利用噪声子空间求出信号空间谱,通过谱峰搜索估计入射信号的方位角。文中方法拓展了阵列孔径,增加了可估计相干信号的数量,提升了方位估计的性能,提高了阵列的空间分辨率。仿真和湖上实验数据处理结果表明,文中方法可估计出更多的相干信号,而且在低信噪比、少快拍以及信号入射角度间隔较小时仍然具有良好的方位估计性能。
文摘针对传统互质阵列波达方向估计方法存在的自由度低、阵列孔径小、相位模糊等问题,提出了一种基于互质MIMO雷达的非圆信号降维波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。该方法结合了互质阵列与MIMO雷达的优点,利用非圆信号特性对阵列进行扩展,重构接收信号矩阵,然后进行降维处理,并利用噪声特征值的幂级数对噪声子空间进行修正,进一步提高算法精度。最后推导了文中方法的无相位模糊问题。仿真实验表明,文中方法能够有效避免相位模糊,大大提高自由度并扩大阵列孔径,与传统MUSIC算法以及互质阵列MUSIC算法相比,在估计成功率、DOA估计精度等方面均具有更好的性能。
文摘为解决现有测向系统体积大、运算量高、成本高、同步采集困难等问题,设计了一种低成本高精度二维测向系统,由五阵元十字型天线阵列及HackRF One同步采集子系统组成。该测向系统通过外接频率源、引入时间同步信号以及初始相位校准分别实现了接收设备间频率同步、时间同步、相位同步,然后将同步的采集信号采用多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法进行处理,估计出二维波达方向。实验结果表明,系统的同步误差可控制在一个采样周期内,定位误差小于2°,可广泛应用于雷达、声呐、室内定位等多种领域。
