浅海DOA估计方法研究

• 作 者: 李剑云
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 多模态传播 方向估计 平面波 浅海简正波

浅海中声波的多模态传播使得现有的平面波波达方向估计技术对声源方位估计存在偏差,基于平面波假设的Capon、MUSIC、ESPRIT和最大似然方法等得到的方位估计值均为有偏估计,且偏差随声源方位角度(相对于阵列法线方向)和声波模态数目的增大而增大。　　
为了实现浅海中目标的准确探测和参数估计,有必要建立符合水下声传播特点的阵列信号模型,并研究该模型下的目标检测和方位估计问题。　　
论文首先讨论了浅海DOA估计的一些基础知识,重点讨论了简正波阵列信号模型。并研究了几个常用的基于平面波假设的方位估计方法,分析了其在浅海简正波环境下的局限性。同时,文章对匹配场方法用于浅海测向的缺点进行了简单分析。　　
其次,主要研究了浅海简正波的波数估计。探讨MUSIC算法在波数估计中的应用。研究发现,由于简正波各模信号的相干性,基于特征值分解的MUSIC算法无法直接用于波数估计。为此,重点研究了简正波信号协方差矩阵的去相关处理,主要提出两种去相关处理的方法:线阵水平拖曳和线阵分段子阵平均。对这两种方法进行了仿真实验,研究表明,去相关处理后MUSIC算法能有效地实现简正波的波数估计。　　
最后,针对浅海声场特点,在简正波波数正确估计的基础上,采用子空间相交方法实现浅海方位的精确估计。与匹配场处理方法相比,这种方法具有形式简洁、计算量小、对环境失配不敏感等优点。计算机仿真证明了该方法的有效性。