变声速环境下的水下波达方向估计

发布时间：2017-06-26 15:22

  本文关键词：变声速环境下的水下波达方向估计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波达方向(DOA)估计是阵列信号处理中的一个重要研究领域,在通信、雷达、声呐、地震勘探和射电天文等领域获得了广泛的应用。经过多年的研究,国内外学者提出了各种DOA估计算法,DOA估计性能不断提高。DOA估计算法利用空间阵列接收数据间的波程差来估计空间信号的方位信息,而波程差与波在介质中的传播速度有关,不准确的波速将引起DOA估计出现偏差。本文针对此问题,研究了与波速无关的DOA估计算法,具体内容概括如下:1.阐述了空间谱估计技术结构模型,对各种常见信号及阵列的数学模型进行了简要描述,介绍了空间谱估计中的两种经典算法:多重信号分类算法(MUSIC)和旋转子空间不变算法(ESPRIT),并分析了当使用波速与实际波速不相同时,波速差对两种算法估计性能的影响。2.针对波速使用不准确对DOA估计精度造成影响的问题,分别提出了两种基于经典DOA估计算法的改进算法,分别称为VI-MUSIC(Velocity Independent MUSIC)算法和VI-ESPRIT(Velocity Independent ESPRIT)算法。两种算法的原理基本相同,即利用两个相互正交的阵列来去除波速对算法性能的影响。VI-MUSIC算法利用对波速扫描来克服波速对算法的影响,而VI-ESPRIT算法可以通过闭式求解出信号的波达方向。上述两种新算法在使用波速与实际波速有误差时,较传统DOA估计算法性能更优。3.介绍复杂海洋环境对信号在水声中传播造成的影响,并分析经典DOA估计算法直接应用在水声DOA估计中所面临的问题及难题,给出了结合前后向空间平滑的VI-MUSIC算法和VI-ESPRIT算法,并通过仿真实验证明了所提算法的有效性。
【关键词】：DOA估计 水下DOA估计 波速无关DOA 波达方向估计
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.2 DOA估计算法的发展及国内外研究现状10-12
• 1.3 本文的研究内容和组织结构12-14
• 第二章 空间谱估计基础14-23
• 2.1 空间谱估计结构模型14-15
• 2.2 信号数学模型15-19
• 2.2.1 窄带信号15-17
• 2.2.2 宽带信号17-18
• 2.2.3 相干信号18-19
• 2.3 阵列模型19-21
• 2.3.1 均匀线阵19
• 2.3.2 均匀圆阵19-20
• 2.3.3 L型阵列20-21
• 2.4 DOA估计性能指标21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 波速对经典DOA估计算法的影响分析23-42
• 3.1 波速对多重信号分类算法的影响23-31
• 3.1.1 MUSIC算法23-26
• 3.1.2 波速对MUSIC算法的影响26-27
• 3.1.3 MUSIC算法仿真27-31
• 3.2 波速对旋转不变子空间算法的影响31-37
• 3.2.1 ESPRIT算法31-33
• 3.2.2 波速对ESPRIT算法的影响33-34
• 3.2.3 ESPRIT算法仿真34-37
• 3.3 空间平滑算法37-41
• 3.3.1 空间平滑算法原理37-39
• 3.3.2 空间平滑算法仿真39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 改进DOA估计算法42-59
• 4.1 改进MUSIC算法42-51
• 4.1.1 VI-MUSIC算法原理42-44
• 4.1.2 VI-MUSIC算法具体实现44-45
• 4.1.3 仿真实验45-51
• 4.2 改进ESPRIT算法51-58
• 4.2.1 VI-ESPRIT算法原理51-53
• 4.2.2 VI-ESPRIT算法具体实现53-54
• 4.2.3 仿真实验54-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 水下DOA估计算法研究59-70
• 5.1 海洋水声信道特性59-64
• 5.1.1 声速理论59-61
• 5.1.2 传播损耗61-63
• 5.1.3 多径效应63
• 5.1.4 环境噪声63-64
• 5.2 水下目标DOA估计64-66
• 5.2.1 水下DOA估计所面临的问题64-65
• 5.2.2 水下DOA估计方法65-66
• 5.3 仿真实验66-69
• 5.4 本章小结69-70
• 总结与展望70-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-78
• 致谢78-79
• Ⅳ-2答辩委员会对论文的评定意见79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 万群,杨万麟;增益幅度不一致条件下波达方向估计方法[J];电子学报;2001年06期

2 万群,杨万麟;一种分布式目标波达方向估计方法[J];通信学报;2001年02期

3 万群,杨万麟;改进的稀疏约束波达方向估计方法[J];系统工程与电子技术;2001年05期

4 万群,杨万麟;相干分布式目标一维波达方向估计方法[J];信号处理;2001年02期

5 张扬,葛利嘉,左继章;基于Y形阵的空时二维波达方向估计[J];通信学报;2003年07期

6 孙进才,朱维杰,孙轶源;利用小尺度阵的波达方向估计[J];西北工业大学学报;2003年02期

7 张林让,李燮,徐卫;利用预投影变换提高分布式目标波达方向估计性能[J];西安电子科技大学学报;2003年05期

8 李荣锋;评“基于小波变换的多分辨信号波达方向估计法”[J];系统工程与电子技术;2004年12期

9 邱国防;朱磊;关宇;曲晓波;;波达方向估计算法仿真与性能分析[J];科技资讯;2006年10期

10 令瀚;叶中付;;一种V型阵列的二维波达方向估计的新方法[J];计算机仿真;2008年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张善滨;章新华;;一种基于粒子滤波的窄带信号波达方向估计方法[A];2009年全国水声学学术交流暨水声学分会换届改选会议论文集[C];2009年

2 徐友根;刘志文;;波前幅度畸变非圆信号的波达方向估计[A];全国第一届信号处理学术会议暨中国高科技产业化研究会信号处理分会筹备工作委员会第三次工作会议专刊[C];2007年

3 齐晓东;王媛媛;刘志文;徐友根;;矢量传感器阵列分布源波达方向估计[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年

4 朱周华;李国民;;宽带相干源波达方向估计的新方法[A];信号与信息处理技术第三届信号与信息处理全国联合学术会议论文集[C];2004年

5 张健;曹祥玉;陈盼;;波达方向估计算法研究[A];2009年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2009年

6 张艳红;齐林;穆晓敏;陶然;;基于分数阶傅立叶变换的WLFM信号DOA估计[A];第十二届全国信号处理学术年会（CCSP-2005）论文集[C];2005年

7 徐友根;马静艳;刘志文;;残缺矢量阵列波前畸变信号波达方向估计[A];全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊(第一册)[C];2011年

8 冯大航;钱能峰;李晓东;鲍明;;频率值加权的宽带波达方向估计算法研究[A];中国声学学会第十届青年学术会议论文集[C];2013年

9 谢维华;左继章;;基于Y形阵的高分辨空时二维DOA估计[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年

10 查代奉;邱天爽;;基于分数阶相关的最小范数平面波达方向估计新方法[A];2008通信理论与技术新发展——第十三届全国青年通信学术会议论文集（下）[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 蔡晶晶;低复杂度阵列信号波达方向估计算法研究[D];西安电子科技大学;2014年

2 刘申建;空间分布源波达方向估计及其性能分析研究[D];清华大学;2003年

3 张义;基于稀疏重构的波达方向估计算法研究[D];中国科学技术大学;2015年

4 林晴晴;无源探测系统波达方向估计关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

5 郭跃;超分辨波达方向估计技术的研究[D];华中科技大学;2007年

6 陈建;二维波达方向估计理论研究[D];吉林大学;2007年

7 陈洪光;稳健的阵列处理波达方向估计算法研究[D];国防科学技术大学;2005年

8 夏铁骑;二维波达方向估计方法研究[D];电子科技大学;2008年

9 陈辉;高分辨波达方向估计关键技术研究[D];华中科技大学;2009年

10 曹圣红;存在阵列误差条件下波达方向估计算法研究[D];中国科学技术大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李浩;基于稀疏恢复的传感器阵列单通道接收系统测向算法[D];中国科学技术大学;2016年

2 周长库;变声速环境下的水下波达方向估计[D];华南理工大学;2016年

3 赵晓鸥;基于分数低阶循环相关的波达方向估计研究[D];北京邮电大学;2011年

4 任勋立;波达方向估计方法及其硬件实现[D];西安电子科技大学;2005年

5 李雅祥;基于稀疏理论的高分辨波达方向估计[D];西安电子科技大学;2013年

6 陈昕昕;分布式信号源的波达方向估计算法研究[D];电子科技大学;2007年

7 梁清泉;基于高阶统计量的波达方向估计技术的研究[D];西北工业大学;2002年

8 王玮;无源测向波达方向估计技术的研究[D];南京理工大学;2012年

9 刘宪军;阵列天线波达方向估计算法的研究[D];电子科技大学;2012年

10 王煜;相干信源波达方向估计算法研究[D];南京理工大学;2007年

  本文关键词：变声速环境下的水下波达方向估计，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：486665