水下相干源的高分辨方位估计技术

摘要

高分辨方位估计是阵列信号处理的重要内容之一，随着微电子集成及数字技术的发展，其在声纳、雷达等许多领域有着很好的应用前景。高分辨算法最初都是基于不相关窄带信号而言的，而在水下信号处理中，由于多径、色散、以及海底和海面的影响，我们经常会碰到相干源的情形，如何把高分辨算法用到相干信号中去，是水下信号处理面临的一个难点。本文从工程实际应用的角度出发，系统研究了窄带相干源和宽带相干源高分辨方位估计的理论和方法，概括起来，本文的主要研究工作如下： 1、论述了DOA估计经典和高分辨方法的理论，对基于特征分解的高分辨算法MUSIC、Mini-Norm、ESPRIT进行了分析，给出了算法的实现步骤，分析并比较了算法的估计性能，对它们的分辨概率和估计精度进行了仿真，根据统计结果对算法的实用性做出了评价。 2、研究了窄带相干源高分辨算法的理论和方法，系统的研究了目前常用的解相干技术，即空间平滑技术、矢量重构技术、修正MUSIC算法、Toeplitz化近似法等，通过仿真，分析了这些算法的性能，并从估计精度、分辨概率、信噪比门限、稳健性等方面对这些算法进行了全面比较。研究结果表明：高信噪比下空间平滑技术性能较好且较稳健，低信噪比下Toeplitz化近似法、修正MUSIC算法性能较好。 3、深入研究了基于空间平滑技术的改进算法，系统的论述了相干源波束域及传播算子算法，相对于阵元域而言，波束域大大地降低了算法的运算量，且具有很好的稳健性，将传播算子的理论用于相干源中，算法的运算量可得到较大降低。同时研究了低信噪比下空间平滑的改进算法，研究结果表明矩阵分解法、利用子阵互相关法、加权空间平滑法的估计性能较空间平滑法有很大提高。此外把修正MUSIC法和空间平滑技术相结合，实现了子空间维数欠估计情况下相干源的方位估计。水池实验研究结果表明：空间平滑技术、Toeplitz化近似法、波束域算法对阵列误差具有较大的宽容性，是稳健的算法，具有很好的应用前景。 4、论述了宽带相干源高分辨算法的理论和方法，对典型宽带算法CSM法进行了系统的论述，分析了修正ISM法及基于恒定束宽的宽带波束域高分辨算法。仿真结果表明：CSM法、修正ISM法可以分辨相干源，且性能较好；宽带波束域算法运算量小、精度高、稳健性好，具有很好的工程应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章DOA估计技术

第三章相干源的DOA估计技术

第四章相干源波束域及传播算子算法

第五章改进的空间平滑技术及窄带信号的水池实验

第六章宽带相干源的DOA估计

第七章全文总结

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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