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水下多目标高分辨方位估计的关键技术研究

侯颖妮  
【摘要】:多目标高分辨方位估计技术是水下阵列信号处理的重要研究内容,该项技术的发展对于水下目标的精确定位以及跟踪具有重要意义,是增强水下防御能力的关键技术之一。本文以工程应用为背景,采用理论分析、计算机仿真及水池实验相结合的方法,深入地研究了水下多目标高分辨方位估计的关键技术,其主要的研究工作和研究成果如下: 1.研究了阵元域实值类和复值类高分辨算法原理,并分析比较了它们的性能。结果表明,实值类算法不仅计算量小,而且有较高的估计精度及较强的抗噪声能力,同时具有解相干源能力。 2.研究了波束域方位估计算法的基本原理,并深入研究了波束形成矩阵和波束数目对算法性能的影响。研究得出结论:基于DFT变换的波束形成矩阵具有较好的性能;在低信噪比情况下,当波束域MUSIC和Root-MUSIC所取的波束数目大于目标数目的情况时,波束数目越少,其性能越好:对于波束域ESPRIT,当子阵取(M-1)个阵元时,才能在降低运算量的同时获得好的估计性能;波束域MODE算法,波束数目不能过少,应当使数目适当,才能保证在降低运算量的同时获得良好的估计性能。 3.针对谱峰搜索类波束域算法,提出了基于谱峰搜索的波束域方位估计方法,为了使系统保留原多波束系统的优点,提出了基于多波束系统的波束域方位估计方法。其中,前者不需要目标方位的先验信息,可以有效地估计出目标的准确方位;后者把原多波束系统方位估计的结果,作为波束域高分辨算法应用的先验信息,再用波束域算法在一定区域进行细估,不仅具有原多波束系统的优点,同时又具有分辨能力高,计算量小的优点。 4.通过水池实验的研究表明:通道归一化Toeplitz的校正方法最为有效,可以大幅度改善阵列误差对阵元域及波束域高分辨算法带来的影响,是一种有工程应用价值的方法。水池试验研究还表明:在阵元域算法中,经过校正后的Root-MUSIC、ESPRIT和MODE算法具有良好的估计精度和低的信噪比分辨门限;在波束域算法中,经过校正后的波束域Root-MUSIC、ESPRIT和MODE算法估计性能依然良好。


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