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目标定向及多波束实现

刘云  
【摘要】: 目标定向技术是水下信号处理研究的经典问题和重要方向,本文以目标定向和阵列处理理论为基础,从实际应用出发,系统研究了水下目标定向和阵列信号处理的相关理论和实现技术,包括阵列信号处理的基本理论,数字多波束系统的设计。并进行了盲源分离、波达方向盲估计理论和算法的初步研究。主要研究内容包括: 1.系统概要地论述了阵列信号处理的基本概念和理论,分析了阵列处理中窄带信号的定义和表示方法,阐明了正交采样等采样方法,给出了阵列信号处理的统计模型。 2.进行了数字多波束系统的设计。阐明了正交波束形成中的高频数字正交解调、低频抽取的采样方法,设计了数字相移的多波束形成方案。讨论了频偏和相位扰动对波束的影响;双频或三频同时工作时,为消除相邻频率间的干扰,设计了二次滤波的特殊处理方法,仿真表明设计满足要求。 3.分析了系统硬件的结构,介绍了C54x系列DSP的结构特点和软件设计方法。采用模块化设计方法,完成了数字多波束信号处理系统软件的设计、调试。进行了基于硬件系统的仿真、水池实验和外场试验,实现了32路模拟输入和24路数字输出,三频工作以及AGC控制功能。 4.基于独立分量分析(ICA)方法研究了盲信号分离的基本理论和部分有效方法。指出盲信号分离的不确定性表现为分离信号排序顺序的不确定性和波形幅度的不确定性,ICA的基本估计准则:非线性去相关和最大化非高斯性。讨论了信息最大化算法、MLE、互熵最大化和负信息最小化之间的关系。推导了一个普遍的学习规则。使用盲源分离算法估计出阵列流型矩阵,得到了DOA的一种简单估计。使用eXinfomax算法分离了10个超高斯源和亚高斯源的混合,可分离信号的最小幅值达到10~(-9)。


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