声速未知环境下基于任意交叉线阵的水下波达方向估计

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1、硕士学位论文声速未知环境下基于任意交叉线阵的水下波达方向估计作者姓名王波文学科专业通信与信息系统指导教师宁更新副教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月UnderwaterDOAEstimationBasedontheArbitraryIntersectingUniformLineArraywithUnknownAcousticVelocityADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangBowenSupervisor：Prof.NingGengxinS

2、outhChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN911.72学校代号：10561学号：201520108881华南理工大学硕士学位论文声速未知环境下基于任意交叉线阵的水下波达方向估计作者姓名：王波文指导教师姓名、职称：宁更新副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：通信与信息系统研究方向：移动水声信号处理论文提交日期：2018年4月10日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：林耀荣高级工程师委员：宁更新副教授、张军

3、副教授、冯义志副教授、林奕琳高级工程师摘要波达方向（DirectionofArrival,DOA）估计是阵列信号处理中非常重要的一个研究方向，随着我国建设海洋强国战略目标的提出，水下DOA估计显得尤为重要，在水下军事侦察、定位与跟踪、信号检测、海上作业和海洋资源开发等领域都发挥着重大作用。DOA估计算法利用接收阵列接收信号间的波程差来估计空间信号的方位信息，波程差与声波的传播速度有关，而水下是一个声速未知的环境，因此声速对水下DOA估计算法的精度影响较大，对如何消除声速未知环境下声速这一因子对水下DOA估计算法性能的影响具有重大意

4、义。本文针对该问题，研究了一种基于任意交叉线阵的水下DOA估计算法，该算法不仅能够消除声速影响因子，而且与同类算法相比表现出更好的性能。具体内容概括如下：1.阐述了DOA估计理论基础，对空间谱估计系统结构，一维和二维DOA估计原理和常用阵列以及数学模型进行了简要介绍，并给出了相应的DOA估计性能指标，同时还介绍了基于常规ESPRIT算法的一维和二维DOA估计原理以及声速未知环境对其估计性能的影响，并给出了现有的声速未知环境下的水下DOA估计算法。2.在声速未知条件下，对基于常规ESPRIT算法的一维和二维DOA估计进行仿真，并通过

5、仿真实验分析了声速未知环境对常规算法估计性能的影响。3.针对声速未知环境对水下常规一维DOA估计性能的影响，提出了一种基于任意交叉线阵的一维DOA估计算法，该算法充分利用一维交叉线阵的平面几何关系，消除了声速因子对一维波达方向角估计性能的影响，仿真实验结果表明，声速未知环境下本文算法相较于常规一维算法以及现有相关一维算法在估计性能上具有优越性。4.针对声速未知环境对水下常规二维DOA估计性能的影响，提出了一种基于任意交叉线阵的二维DOA估计算法，该算法充分利用二维交叉线阵的立体几何关系，消除了声速因子对俯仰角估计性能的影响，仿真实

6、验结果表明，声速未知环境下本文算法相较于常规二维算法以及现有相关二维算法在俯仰角估计性能上具有优越性。关键词：声速未知环境；水下DOA估计；ESPRIT算法；声速因子；交叉线阵IAbstractDirectionofarrival(DOA)estimationisaveryimportantresearchdirectioninarraysignalprocessing.WiththestrategicgoalofbuildingamaritimepowerinChina,underwaterDOAestimationispart

7、icularlyimportant,anditplaysanimportantroleinunderwatermilitaryreconnaissance,positioningandtracking,signaldetection,seaoperationandmarineresourcesdevelopment.DOAestimationalgorithmusingwavepathdifferencebetweenthesignalsonthereceivingarraytoestimatetheazimuthinformat

8、ionofthesignalspace,butthewavepathdifferenceisrelatedtothewavepropagationvelocityandthewaterisavariablevelocityenvironment,s