【摘 要】
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波达方向（DOA）估计在阵列信号处理中占有重要地位,被广泛应用在雷达和水下目标估计等领域中。随着海洋资源的不断开发,水下DOA估计的重要日益突出。声波作为水下探测时使用的信号载波,受到如水温、水压、海底火山喷发等环境因素的影响而变化。传统DOA方法在估计过程中将声速设为常量使用,得到的估计结果偏离实际值。为了解决这一问题,与声速无关的DOA估计方法被提出。但现有声速无关的一维和二维DOA估计方法通
【基金项目】
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国家自然科学基金； 广东省自然学科基金； 广东省科技计划项目；
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波达方向（DOA）估计在阵列信号处理中占有重要地位,被广泛应用在雷达和水下目标估计等领域中。随着海洋资源的不断开发,水下DOA估计的重要日益突出。声波作为水下探测时使用的信号载波,受到如水温、水压、海底火山喷发等环境因素的影响而变化。传统DOA方法在估计过程中将声速设为常量使用,得到的估计结果偏离实际值。为了解决这一问题,与声速无关的DOA估计方法被提出。但现有声速无关的一维和二维DOA估计方法通过对交叉阵列接收到的信号模型进行处理得到目标方位角,估计精确度不高,且运算速度慢。平行阵列利用线阵间的平行关系将目标信源的位置信息转移到对角阵中,受干扰因素少,且易于处理。结合该优点,本文提出了基于平行线阵的水下DOA估计方法,主要工作有:（1）结合水声声速理论分析了声速对DOA估计结果的影响,并推导了基于平行线阵的克拉美罗界（CRB）。（2）利用窄带和噪声信号模型、阵列接收信号模型等理论对现有一维和二维DOA估计方法进行仿真分析,相比于传统DOA方法,水下DOA估计方法可以消除声速误差,但估计精确度不高。（3）基于线阵间的平行关系可以简单高效的表示出目标位置信息,结合该优势提出了一种基于双平行线阵的水下一维DOA估计方法。该方法基于接收信号模型构建扩展协方差矩阵,利用扩展矩阵得到自动匹配的特征值,基于线阵间的平行特性对特征值处理后可得与声速无关的入射角估计值。仿真结果表明,所提方法在保持低复杂度的同时估计精确度更高。（4）提出了一种基于三平行线阵的水下二维DOA估计方法。该方法利用接收信号模型的协方差信息构建扩展阵列,并基于传播算子矩阵与扩展阵列间的线性关系得到有序的三组估计值,利用阵列间的平行关系和已知的估计值推导出与声速无关的方向角和俯仰角估计表达式。仿真结果表明,所提方法具有更高的估计精确度和更快的估计速度。
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