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实际的海洋信道受海水温度、海底环境以及海水中众多散射体等因素的影响,并不能实现理想无失真的信号传输,是复杂多变的不均匀信道。尤其是在多普勒频移及多径效应严重的浅海环境中,更为复杂的浅海信道给水下信号的估计带来了极大的挑战。如何基于浅海水声信道自身的传播特性实现更高效的目标波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计成为水下探测领域的一个研究热点。本文针对复杂浅海环境下的目标DOA估计算法进行研究,主要研究内容概括如下:1.研究复杂浅海环境中多普勒频移对目标DOA估计的影响。针对多普勒频移使得浅海传播声信号频率偏移、进而对目标DOA估计造成干扰的问题,本文首先建立了浅海目标DOA-Doppler联合估计模型,然后针对利用压缩感知理论进行DOA估计时浅海多普勒频移对阵列流型矢量的干扰,提出了一种基于压缩感知的DOA-Doppler联合估计算法,通过对来波信号在DOA-Doppler观测域的稀疏重构,估计出了目标的来波方向及多普勒频移,实现了对阵列流型矢量畸变的修正,提高了浅海环境中的目标DOA估计性能。同时针对目标在平面域稀疏重构时计算量的增加,引入了大网格细分方法对稀疏模型进行改进,在保证参数估计性能的同时大大减少了所需的运行时间,提高了浅海目标DOA估计的效率。2.研究复杂浅海环境中多径效应对目标DOA估计的影响。针对多径效应使得浅海信道中产生虚拟目标、进而对目标DOA估计造成干扰的问题,本文首先基于射线理论建立了浅海多径DOA估计模型,量化了多径效应对浅海DOA估计的影响,然后针对利用压缩感知理论进行DOA估计时浅海多径对信道稀疏性的干扰,提出了一种基于时反-压缩感知的浅海目标DOA估计算法,引入时间反转理论对信号进行预处理,建立了基于时间反转理论的浅海目标DOA估计模型,利用时间反转理论的空时聚焦特性实现了对多途畸变的修正,并且以多径数目作为环境复杂度的度量,在不同复杂度环境下验证了该算法的有效性。在低信噪比、小快拍条件下,时反理论的引入明显抑制了旁瓣杂波,提高了信道的稀疏性及阵列接收信号的信噪比,改善了复杂浅海环境下的DOA估计性能,并且在多径效应越为严重的环境中,性能提高越为明显。