【摘要】：作為陣列信號(hào)處理的一個(gè)基本問(wèn)題,波達(dá)方向(Direction of Arrival,DOA)估計(jì)在許多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用,如雷達(dá)探測(cè)、水下目標(biāo)定位等,而隨著海洋資源的不斷開(kāi)發(fā),水下DOA估計(jì)發(fā)揮的作用也日益重要。水下探測(cè)一般使用聲波,并且傳統(tǒng)的水下DOA估計(jì)算法都把聲速視為常量計(jì)算。然而在實(shí)際水聲環(huán)境中,聲速受溫度、鹽度等因素的影響不斷變化,將聲速視作常量將導(dǎo)致較大的估計(jì)誤差,因此克服聲速影響的水下DOA估計(jì)成了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。在與克服聲速影響的水下DOA研究上,現(xiàn)有研究通過(guò)增加陣列,并利用陣列間的幾何關(guān)系得到與聲速無(wú)關(guān)的DOA估計(jì)方法,但是這類(lèi)方法需要復(fù)雜度極高的配對(duì)算法,當(dāng)目標(biāo)信號(hào)數(shù)目增加時(shí),估計(jì)時(shí)間呈階乘級(jí)增長(zhǎng)。為了解決現(xiàn)有方法的高復(fù)雜度問(wèn)題,本文分別針對(duì)一維和二維DOA估計(jì),研究了基于任意交叉線(xiàn)陣的聲速無(wú)關(guān)快速估計(jì)算法。本文所提算法不僅在算法估計(jì)時(shí)消除聲速的影響,且比現(xiàn)有聲速無(wú)關(guān)的算法更加快速、高效。本文的主要工作有:1.介紹了DOA估計(jì)的理論基礎(chǔ),包括空間譜估計(jì)、DOA估計(jì)常用陣列結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型、矩陣代數(shù)相關(guān)理論知識(shí)等。此外還介紹了DOA估計(jì)相關(guān)的性能指標(biāo)。2.對(duì)已有將聲速視為常量的DOA估計(jì)算法進(jìn)行仿真,分析聲速誤差對(duì)DOA估計(jì)精度的影響,同時(shí)對(duì)現(xiàn)有聲速無(wú)關(guān)DOA估計(jì)算法性能進(jìn)行了仿真并分析了算法的計(jì)算法復(fù)雜度。3.針對(duì)一維DOA估計(jì)的情況,提出了一種基于任意交叉線(xiàn)陣的聲速無(wú)關(guān)快速估計(jì)算法,該算法利用兩交叉線(xiàn)陣之間的幾何關(guān)系,推導(dǎo)出與聲速無(wú)關(guān)的且無(wú)需參數(shù)配對(duì)的一維DOA估計(jì)解析表達(dá)式。同時(shí)還分析了算法的計(jì)算復(fù)雜度并對(duì)其性能表現(xiàn)進(jìn)行了仿真,結(jié)果顯示該算法不受聲速誤差的影響,比傳統(tǒng)算法估計(jì)精度更高,且估計(jì)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于現(xiàn)有聲速無(wú)關(guān)算法。4.將用于一維DOA估計(jì)的聲速無(wú)關(guān)快速算法推廣到二維DOA估計(jì)的情況,在原有陣列結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再增加一條陣列,根據(jù)陣列之間的幾何關(guān)系推導(dǎo)出與聲速無(wú)關(guān)的低配對(duì)復(fù)雜度的二維DOA估計(jì)解析表達(dá)式,然后對(duì)其復(fù)雜度進(jìn)行分析并通過(guò)仿真分析其性能,結(jié)果表明該算法在變聲速環(huán)境中估計(jì)性能優(yōu)于傳統(tǒng)算法,同時(shí)其估計(jì)速度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有聲速無(wú)關(guān)算法
【圖文】：

第二章 DOA 估計(jì)理論基礎(chǔ)陣列信號(hào)處理中的一個(gè)基本問(wèn)題是空間譜估計(jì)，它指的是估計(jì)出信號(hào)在空間上各個(gè)向的能量分布，通過(guò)估計(jì)出空間譜，能夠求解出信號(hào)的波達(dá)方向角，因此空間譜估計(jì)可稱(chēng)為 DOA 估計(jì)。DOA 估計(jì)在許多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，例如水下目標(biāo)定位、事偵察和雷達(dá)探測(cè)等，DOA 估計(jì)通常利用信號(hào)傳播到空間陣列各陣元之間的波程差估計(jì)目標(biāo)的方位角和俯仰角等參數(shù)。本章將介紹空間譜估計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、矩陣代數(shù)相關(guān)識(shí)、目標(biāo)信號(hào)和噪聲信號(hào)的數(shù)學(xué)模型、一維和二維 DOA 估計(jì)常用陣列結(jié)構(gòu)和它們的學(xué)模型和 DOA 估計(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。.1 空間譜估計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間譜估計(jì)通過(guò)使用各種結(jié)構(gòu)的陣列，，然后利用信號(hào)入射到不同陣元之間的波程差估計(jì)目標(biāo)信號(hào)的空域參數(shù)，包括信號(hào)的方位角、俯仰角、頻率和距離等。雖然所用陣結(jié)構(gòu)可能各式各樣，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是一樣的，可以用圖 2-1[2]來(lái)表示。

信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)受到各種噪聲的影響，如果將所情況異常復(fù)雜，因此本文假設(shè)所有噪聲都為零均值高斯白噪之間相互獨(dú)立，且都與目標(biāo)信號(hào)獨(dú)立，則噪聲信號(hào) n (t)滿(mǎn)足如 21 2 1 21 2 1 2( ) ( ) =( ) ( ) 0HHE n t n t t tE n t n t t t I單位矩陣。A 估計(jì)常用陣列以及數(shù)學(xué)模型估計(jì)常用均勻線(xiàn)陣進(jìn)行估計(jì)。均勻線(xiàn)陣結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示，陣上陣元，陣元間距為d 。設(shè)有K 個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)窄帶聲波信號(hào)入射到，信號(hào)的中心頻率為 fiKi, 1,2, ,，聲速為 ciKi, 1,2, ,，K , ,, 12 ，定義為信號(hào)入射方向與線(xiàn)陣所在直線(xiàn)的法線(xiàn)的夾
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711304