【摘要】：作為陣列信號處理的一個基本問題,波達方向(Direction of Arrival,DOA)估計在許多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用,如雷達探測、水下目標定位等,而隨著海洋資源的不斷開發(fā),水下DOA估計發(fā)揮的作用也日益重要。水下探測一般使用聲波,并且傳統(tǒng)的水下DOA估計算法都把聲速視為常量計算。然而在實際水聲環(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)致較大的估計誤差,因此克服聲速影響的水下DOA估計成了一個亟待解決的問題。在與克服聲速影響的水下DOA研究上,現(xiàn)有研究通過增加陣列,并利用陣列間的幾何關(guān)系得到與聲速無關(guān)的DOA估計方法,但是這類方法需要復(fù)雜度極高的配對算法,當(dāng)目標信號數(shù)目增加時,估計時間呈階乘級增長。為了解決現(xiàn)有方法的高復(fù)雜度問題,本文分別針對一維和二維DOA估計,研究了基于任意交叉線陣的聲速無關(guān)快速估計算法。本文所提算法不僅在算法估計時消除聲速的影響,且比現(xiàn)有聲速無關(guān)的算法更加快速、高效。本文的主要工作有:1.介紹了DOA估計的理論基礎(chǔ),包括空間譜估計、DOA估計常用陣列結(jié)構(gòu)及其數(shù)學(xué)模型、矩陣代數(shù)相關(guān)理論知識等。此外還介紹了DOA估計相關(guān)的性能指標。2.對已有將聲速視為常量的DOA估計算法進行仿真,分析聲速誤差對DOA估計精度的影響,同時對現(xiàn)有聲速無關(guān)DOA估計算法性能進行了仿真并分析了算法的計算法復(fù)雜度。3.針對一維DOA估計的情況,提出了一種基于任意交叉線陣的聲速無關(guān)快速估計算法,該算法利用兩交叉線陣之間的幾何關(guān)系,推導(dǎo)出與聲速無關(guān)的且無需參數(shù)配對的一維DOA估計解析表達式。同時還分析了算法的計算復(fù)雜度并對其性能表現(xiàn)進行了仿真,結(jié)果顯示該算法不受聲速誤差的影響,比傳統(tǒng)算法估計精度更高,且估計速度遠遠快于現(xiàn)有聲速無關(guān)算法。4.將用于一維DOA估計的聲速無關(guān)快速算法推廣到二維DOA估計的情況,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)出與聲速無關(guān)的低配對復(fù)雜度的二維DOA估計解析表達式,然后對其復(fù)雜度進行分析并通過仿真分析其性能,結(jié)果表明該算法在變聲速環(huán)境中估計性能優(yōu)于傳統(tǒng)算法,同時其估計速度遠高于現(xiàn)有聲速無關(guān)算法
【圖文】：

第二章 DOA 估計理論基礎(chǔ)陣列信號處理中的一個基本問題是空間譜估計，它指的是估計出信號在空間上各個向的能量分布，通過估計出空間譜，能夠求解出信號的波達方向角，因此空間譜估計可稱為 DOA 估計。DOA 估計在許多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，例如水下目標定位、事偵察和雷達探測等，DOA 估計通常利用信號傳播到空間陣列各陣元之間的波程差估計目標的方位角和俯仰角等參數(shù)。本章將介紹空間譜估計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、矩陣代數(shù)相關(guān)識、目標信號和噪聲信號的數(shù)學(xué)模型、一維和二維 DOA 估計常用陣列結(jié)構(gòu)和它們的學(xué)模型和 DOA 估計性能的評價指標。.1 空間譜估計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間譜估計通過使用各種結(jié)構(gòu)的陣列，，然后利用信號入射到不同陣元之間的波程差估計目標信號的空域參數(shù)，包括信號的方位角、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]來表示。

信號傳輸過程中會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立，且都與目標信號獨立，則噪聲信號 n (t)滿足如 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 估計常用陣列以及數(shù)學(xué)模型估計常用均勻線陣進行估計。均勻線陣結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示，陣上陣元，陣元間距為d 。設(shè)有K 個遠場窄帶聲波信號入射到，信號的中心頻率為 fiKi, 1,2, ,，聲速為 ciKi, 1,2, ,，K , ,, 12 ，定義為信號入射方向與線陣所在直線的法線的夾
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.7

【參考文獻】

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本文編號：2711304