基于宽带信号的水下DOA估计方法研究

发布时间：2021-09-19 01:01

　　波达方向（Direction of Arrival,DOA）估计在雷达探测和水下目标定位等领域有着广泛的应用,随着人类在海洋的开发勘探活动日益频繁,水下DOA估计发挥着愈发关键的作用。水声信号往往处于比较恶劣的信噪比环境,为了保证估计精度而增加声传感器阵元则会带来硬件成本的上升,如何在给定阵元数量的前下高水下DOA估计精度是一个需要研究的问题。另外,水下DOA估计普遍选择声波为信号载波,声波传播速度受到多种因素影响而不断变化,声速误差会使常规DOA估计算法的性能下降,成为水下DOA估计一个不可忽略的重要问题。现有窄带信号声速无关算法通过增加一条阵列,并依靠两条阵列的角度关系实现声速误差的消除,但消除声速所执行的声速搜索过程增加了计算复杂度,且估计精度会受到搜索步长影响。相较于窄带信号,宽带信号通常包含更多信源角度特征信息,因此宽带信号DOA估计受到更大程度的关注。本文结合宽带信号模型,分别针对水下DOA估计精度问题和水下声速无关DOA估计问题进行研究,主要工作如下1.介绍了水声DOA估计理论基础,包括窄带和宽带信号模型、相干信源模型和解相干技术、水声声速理论和DOA估计性能指标;对现有... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

SNR=10dB，宽带非相关信号的算法空间谱

华南理工大学硕士学位论文34数为512。对于RSS算法和TCT算法，以10kHz频点信号执行MUSIC算法得到的估计结果为预设角度。在信噪比分别为SNR=-5dB和SNR=10dB的情况下仿真。图3-1SNR=10dB，宽带非相关信号的算法空间谱图3-2SNR=-5dB时，宽带非相关信号的算法空间谱根据仿真1的结果，CSSM类算法即RSS算法、TCT算法和一致性聚焦算法具备较好的空间谱角度分辨能力，其中以TCT算法的角度分辨能力为最佳，RSS算法和一致性聚焦算法的角度分辨能力次之。ISSM-MUSIC算法在高信噪比条件下其空间谱具有较好的角度分辨能力，但是在低信噪比条件下空间谱的角度分辨能力较差。TOPS算法的空间谱上容易出现伪峰，且只有在信噪比较高的条件下能获得较好的角度分辨能力。

第三章宽带信号的水下DOA估计方法与CRB分析35仿真2：为了进一步研究不同信噪比条件下各算法的估计性能，本仿真设置如下：采用阵元数M=6的均匀线阵，K=2个互不相关的信源信号入射角度分别是[30,60]，宽带信号的频率范围[8~12]kHz，每500Hz划分一个频段，信号传播速度为c=1500m/s，阵元间距d为信号中心频率10kHz对应波长的一半，快拍数512，信噪比在[-6~10]dB范围内变化。对于RSS算法和TCT算法，以10kHz频点信号执行MUSIC算法得到的估计结果为预设角度。每个条件下分别进行500次Monto-Carlo实验。图3-3不同信噪比条件下的算法RMSE图3-4不同信噪比条件下的算法估计成功概率

【参考文献】：
期刊论文
[1]频率值加权的宽带波达方向估计算法研究[J]. 冯大航,钱能峰,李晓东,鲍明.  声学技术. 2013(S1)
[2]基于双边相关变换的宽带DOA估计快速算法[J]. 曹金亮,刘志文,徐友根.  中国电子科学研究院学报. 2009(06)

博士论文
[1]非理想条件下DOA估计算法研究[D]. 刘婧.哈尔滨工程大学 2018
[2]水声阵列探测算法及系统关键技术研究[D]. 蒋佳佳.天津大学 2014

硕士论文
[1]基于神经网络的波达方向估计研究[D]. 李苏航.哈尔滨工业大学 2019
[2]声速无关的水下快速DOA估计算法研究[D]. 李晓鹏.华南理工大学 2019
[3]高精度声速剖面测量系统研究[D]. 魏宗坤.哈尔滨工程大学 2019
[4]基于进化算法的水下目标定位算法研究[D]. 奉朝阳.电子科技大学 2018



本文编号：3400689