水下目标DOA估计方法研究

摘要

波达方向(DOA,Direction of Arrival)估计经过近几十年的发展,其理论已日渐成熟,并广泛应用于声呐、通信、雷达、医学等众多领域。水下目标DOA估计在战场侦察系统中有着极其重要的作用,对军情的发展影响重大。此外,在水下导航、海上安全作业及海洋开发等领域,水下目标DOA估计也具有重要作用。因此,对水下目标进行精确测向定位,具有十分重大的军事和民用价值。
　　本文针对水下目标DOA估计方法进行研究讨论,主要研究内容如下:
　　1.分析压缩感知理论应用于DOA估计的可行性并建立了相应的数学模型,将稀疏化的阵列流型矩阵作为测量矩阵,对其相关性进行了分析研究。结果表明:基于累加互相关性的重构条件具有约束等距性(RIP)和不一致性(MIP)两种准则的优点且易于实现。
　　2.研究了基于MUSIC算法的DOA估计。针对均匀阵阵元间距不能大于信号源波长的一半,设计基于非均匀阵DOA估计方法。由于水下目标对噪声的敏感,在信噪比较低时DOA估计可能会出现伪峰从而引起估计模糊,因此本文提出了平均值法下的非均匀阵DOA估计,并进行了仿真分析。结果表明:非均匀阵在方向图、波束宽度、分辨力等衡量一个阵列性能好坏的指标上都远优于均匀阵;低信噪比情况下,平均值法能在有效抑制伪峰的同时保证真实谱峰的方位和幅值不发生变化,从而增大了水下目标DOA估计成功概率。
　　3.研究了基于压缩感知理论的DOA估计。分析了压缩感知理论下的DOA估计模型,然后对均匀阵及非均匀阵所对应的测量矩阵相关性分别进行了分析,最后重点研究了压缩感知理论应用于DOA估计的算法实现,并针对不同情况的信号源进行了仿真分析。结果表明,与传统MUSIC算法相比,基于压缩感知的DOA估计算法克服了原来需要大快拍数、多阵元和相干源估计失效等缺陷,同时在低信噪比及信号源集中时也具有良好的估计性能。
　　本文的研究为工程应用提供了理论基础与实践依据。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 论文的主要工作和结构安排

第2章 空间谱估计理论

2.1 引言

2.2 空间谱估计基础

2.3 空间谱估计经典算法

2.4 仿真分析

2.5 本章小结

第3章 压缩感知基本理论

3.1 引言

3.2 压缩感知基本理论

3.3 测量矩阵的可重构条件分析

3.4 本章小结

第4章 基于MUSIC算法的DOA估计

4.1 引言

4.2 DOA估计模型

4.3 均匀线阵下阵元间距与出现伪峰的关系

4.4 非均匀线阵下的DOA估计

4.5 平均值法在非均匀声呐阵上的仿真研究

4.6 本章小节

第5章 基于压缩感知理论的DOA估计

5.1 引言

5.2 CS理论下的DOA估计模型

5.3 DOA估计中不同测量矩阵的相关性分析

5.4 基于压缩感知理论的水下目标DOA估计性能研究

5.5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢