63、水下目标DOA估计与地图构建融合技术

水下目标DOA估计与地图构建融合技术

水下目标DOA估计

在水下目标的方向估计中，有多种波束形成算法可供选择，这些算法在不同的场景下各有优劣。

常规波束形成（CBF）

CBF基于延迟求和的原理。对于接收到的信号，每个元素接收到的信号会被延迟特定的相位 $\phi_m = 2\pi(m -1)d \frac{\lambda}{\sin \theta}$，然后进行求和。由于信号同相叠加，而环境噪声保持不变，输出的信噪比得到改善，从而呈现出方向性。

为了估计方向，CBF将接收到的压力场进行相干组合，并乘以一个基于DOA相位延迟的加权向量 $w(\theta) = [1, e^{-j2\pi(d/\lambda) \sin \theta}, \cdots, e^{-j(M -1)2\pi(d/\lambda) \sin \theta}]^T / M$，得到一个复数输出：
[Y(\sin \theta) = w^H X = \sigma_i \frac{M}{M} \sum_{m=0}^{M} e^{j2\pi m(d/\lambda)(\sin \theta - \sin \theta_i)} = \sigma_i \frac{\text{sinc}(\pi M (d/\lambda)(\sin \theta - \sin \theta_i))}{\text{sinc}(\pi(d/\lambda)(\sin \theta - \sin \theta_i))}]
其中，$\sigma_i$ 是信号强度，$(\cdot)^H$ 表示共轭转置，$\text{sinc}$ 函数定义为 $\text{sinc} = \sin(x)/x$。波束输出表示为