矢量水听器阵列宽带相干信号方位估计研究

张忠波，梁中明

（中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

在阵列信号处理中，经常遇到相干源的情况，如水声信道中的多径传播[1-2]。阵列信号的常规波束形成技术，具有简单、稳健与可解多个相干信号源的优点，但也存在分辨率较低的缺点[3-4]。而高分辨方位估计技术可以突破瑞利限，区分在空间上相隔较近的多个声源[3]。声矢量水听器阵与声压阵比较，可以抗左右舷模糊，因可以抑制各向同性噪声而具有更高分辨率，且还具有一些其它的独特优点。

在水声目标探测中，目标辐射或反射的大多是宽带信号。这是因为宽带信号含有更为丰富的目标信息，有利于目标参数估计[6-7]。本文研究矢量水听器阵列宽带MUSIC与ESPRIT等高分辨方位估计技术，采用空间平滑解相干源，最后通过仿真分析比较它们的性能。

1 矢量水听器阵列信号处理基础[8-10]

考虑M元三维矢量水听器阵，第m个阵元接收到的声压振速可写成一个4元列向量如下

对于宽带信号，首先用FFT把式（1）的接收信号变换到频域，把 M个阵元输出的子带信号写成4M×1的列向量

频率成分f的窄带信号输出协方差矩阵可写为

高分辨方位估计的核心思想是对阵列输出协方差矩阵分解为信号子空间与噪声子空间。在一定条件下，信号子空间惟一确定信号波达方向，并可通过数值稳定的奇异值分解精确定向。

2 MUSIC方法[5,10]

多重信号分类法（multiple signal classification，MUSIC）是Schmidt于1979年提出的，它基于阵列输出协方差矩阵的信号子空间与噪声子空间正交的原理。……