基于子空間相交的長線陣目標(biāo)方位估計方法研究.pdf

1、目標(biāo)方位估計是陣列信號處理的一個重要研究方向。采用大孔徑陣列可以提高聲納性能，增加目標(biāo)探測距離。但隨著陣列尺寸的增大，必須考慮海洋中多途效應(yīng)(或多號簡正波)的影響?；谧涌臻g相交的目標(biāo)方位估計方法能夠有效地抑制多途效應(yīng)對水下大孔徑陣列估計源方位的影響，且與匹配場方法相比大大降低了計算量。但其穩(wěn)定性較差。本文期望通過算法的改進，改善子空間相交方法目標(biāo)方位估計的穩(wěn)定性。 論文在分析海洋中多途效應(yīng)對大孔徑陣列傳統(tǒng)波束形成方法的源方位估

2、計性能的影響的基礎(chǔ)上，首先回顧了目前常用的基于子空間的方位估計方法——子空間相交方法(SI)、子空間最小二乘擬合方法(LSSI)。理論分析及仿真結(jié)果表明：由于多途效應(yīng)的影響，一般基于平面波模型的目標(biāo)方位估計方法的空間譜峰可能出現(xiàn)分裂或偏離，且方位角越接近端射方向，這種現(xiàn)象越顯著。SI能夠很好地抑制多途效應(yīng)產(chǎn)生的譜分裂和偏移現(xiàn)象，但其穩(wěn)定性較差，且過于依賴源個數(shù)估計的結(jié)果。LSSI改善了SI的穩(wěn)定性，但仍依賴源個數(shù)估計的結(jié)果。 本

3、文深入分析了SI的穩(wěn)定性，得出了簡正波陣列響應(yīng)矩陣(ARM)不滿秩是導(dǎo)致SI穩(wěn)定性差的根本原因的結(jié)論；提出了基于白噪聲加載近似的子空間相交方位估計方法(WASI)。利用在ARM上加載白噪聲，獲得了滿秩的ARM，WASI很好地改善了SI的穩(wěn)定性。數(shù)值仿真結(jié)果表明，WASI具有良好的穩(wěn)定性及方位估計性能。本文設(shè)計的假想實驗結(jié)果進一步表明，在目標(biāo)方位估計(又稱到達角(DOA)估計)的意義下，白噪聲加載近似對SI的檢測和估計性能影響很小，即WA

4、SI的檢測和估計性能與SI接近。 為進一步改善SI的穩(wěn)定性，解決其方位估計性能過于依賴源個數(shù)估計結(jié)果的問題，本文提出了基于全局優(yōu)化的子空間相交方位估計方法(GOSI)。GOSI建立了基于聲源個數(shù)、方位聯(lián)合優(yōu)化搜索的模型，通過對源個數(shù)和方位進行二維搜索，有效地改善了SI的穩(wěn)定性，放寬了源個數(shù)估計對SI的限制。數(shù)值仿真結(jié)果表明，在長線陣條件下，對比原有的源個數(shù)估計方法，GOSI有更好的源個數(shù)估計性能；對比原有的SI方法，GOSI有更