波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计是阵列信号处理中非常重要的一个研究方向,随着我国建设海洋强国战略目标的提出,水下DOA估计显得尤为重要,在水下军事侦察、定位与跟踪、信号检测、海上作业和海洋资源开发等领域都发挥着重大作用。DOA估计算法利用接收阵列接收信号间的波程差来估计空间信号的方位信息,波程差与声波的传播速度有关,而水下是一个声速未知的环境,因此声速对水下DOA估计算法的精度影响较大,对如何消除声速未知环境下声速这一因子对水下DOA估计算法性能的影响具有重大意义。本文针对该问题,研究了一种基于任意交叉线阵的水下DOA估计算法,该算法不仅能够消除声速影响因子,而且与同类算法相比表现出更好的性能。具体内容概括如下:1.阐述了DOA估计理论基础,对空间谱估计系统结构,一维和二维DOA估计原理和常用阵列以及数学模型进行了简要介绍,并给出了相应的DOA估计性能指标,同时还介绍了基于常规ESPRIT算法的一维和二维DOA估计原理以及声速未知环境对其估计性能的影响,并给出了现有的声速未知环境下的水下DOA估计算法。2.在声速未知条件下,对基于常规ESPRIT算法的一维和二维DOA估计进行仿真,并通过仿真实验分析了声速未知环境对常规算法估计性能的影响。3.针对声速未知环境对水下常规一维DOA估计性能的影响,提出了一种基于任意交叉线阵的一维DOA估计算法,该算法充分利用一维交叉线阵的平面几何关系,消除了声速因子对一维波达方向角估计性能的影响,仿真实验结果表明,声速未知环境下本文算法相较于常规一维算法以及现有相关一维算法在估计性能上具有优越性。4.针对声速未知环境对水下常规二维DOA估计性能的影响,提出了一种基于任意交叉线阵的二维DOA估计算法,该算法充分利用二维交叉线阵的立体几何关系,消除了声速因子对俯仰角估计性能的影响,仿真实验结果表明,声速未知环境下本文算法相较于常规二维算法以及现有相关二维算法在俯仰角估计性能上具有优越性。