子空间相交方位估计方法性能分析

论文摘要

目标方位估计是阵列信号处理的一个重要研究方向。采用大孔径阵列可以提高声纳性能,增加目标探测距离。但随着阵列尺寸的增大,必须考虑海洋中多途效应(或多号简正波)的影响。子空间相交目标方位估计方法能够有效地抑制多途效应对水下大孔径阵列估计源方位的影响,且与匹配场方法相比大大降低了计算量。由于多途效应的影响,一般基于平面波模型的大孔径阵列目标方位估计方法的空间谱峰可能出现分裂或偏离,且方位角越接近端射方向,这种现象越显著。SI能够很好地抑制多途效应产生的谱分裂或偏移现象,但由于阵列响应矩阵(ARM)侧射方位附近不满秩,输出出现高台为检测盲区,稳定性较差。最小二乘子空间相交方法(LSSI)和噪声加载子空间相交方法(WASI)改善了SI的稳定性,但前提都假设源个数已知,且计算量大。本文期望寻求一种算法简单的SI方法,并能放宽对源个数的依赖。本文首先分析了子空间相交方法(SI)的性能和源个数估计对其影响。证明了算法自身对信源数目估计有一定的宽容性,源个数估计多时对输出幅值造成一定影响,但对DOA估计影响较小。其次针对SI的检测盲区和稳定性差,提出一种改进的子空间相交方法(MSI),该方法把ARM的协方差矩阵特征分解,选择相应的特征向量构成满秩的新阵列响应矩阵(NARM),能有效去除了侧射方位附近的高台。MSI克服了噪声加载带来的信噪比损失,且只增加一次特征分解运算,算法简单计算量小。最后通过数值仿真实验初步验证了理论分析的结果,特别是存在弱信源时,MSI具有更稳定的方位估计性能和更高的信噪比增益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 目标方位估计方法
• 1.1.2 长线阵目标方位估计方法
• 1.2 论文研究的主要内容
• 2 海洋多途效应对传统方位估计方法性能的影响
• 2.1 浅海信道中多途效应的简正波处理方法
• 2.2 阵列信号模型
• 2.3 传统的波束形成基本理论
• 2.4 空间谱估计的基本理论──MUSIC算法
• 2.5 多途效应引起的空间谱峰分裂或偏离现象
• 2.6 数值仿真
• 2.7 小结
• 3 海洋多途环境下改善方位估计性能的方法
• 3.1 子空间相交方位估计方法
• 3.2 最小二乘子空间相交方位估计方法
• 3.3 噪声加载子空间相交方位估计方法
• 3.4 小结
• 4 改进的子空间相交方位估计方法
• 4.1 信息论准则
• 4.2 SI对信源数目估计的宽容性分析
• 4.3 改进的子空间相交方位估计方法（MSI）
• 4.4 数值仿真
• 4.4.1 抑制多途效应仿真实验
• 4.4.2 噪声加载对SI的影响实验
• 4.4.3 源个数估计对SI的影响实验
• 4.4.4 MSI性能分析实验
• 4.5 小结
• 5 结论及进一步工作
• 5.1 结论
• 5.2 进一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文