高阶声场传感器阵列超分辨方位估计方法研究

刘砚鸣， 汪勇， 杨益新

(西北工业大学 航海学院，陕西 西安 710072)

随着水下目标探测中的可用信噪比降低，传统声呐的尺寸和性能之间的矛盾越来越突出，如何提高阵列在低信噪比以及孔径受限情况下的目标方位估计性能是亟待解决的重要问题。在这种背景下声矢量传感器备受关注，常见的矢量传感器由一个声压传感器和几个振速传感器组成，可以同步获取空间中同一位置的声压，振动速度甚至更高阶的声场信息[1-4]，能够带来单个传感器以及阵列参数估计性能的提升。矢量传感器有着多输出的特点，对于这一特殊的信号结构，Nehorai等[1]提出了矢量传感器阵列的长矢量信号模型，将矢量传感器的每个输出分别视为一个独立阵元的输出。基于该模型，适用于声压传感器阵列的大多数阵列信号处理算法可以应用于矢量传感器阵列。在实际应用中大多数矢量传感器只能测量声压和一阶振速，获得的增益有限，虽然目前的一些研究着眼于更高阶[5]且硬件实现上也初具雏形，但是高阶矢量传感器的研发及应用仍然面临着一些难题[4]。

相位模态域阵列信号处理是一类基于圆环阵列或是球面阵列的信号处理方法，相位模态理论以阵列入射平面波的空间傅立叶分析为基础，通过傅立叶级数得到声压传感器的加权系数，从而获得正交的谐波分量[6-8]。Meyer等[9-10]将相位模态波束成形理论应用于安装在球面上的圆环及球形麦克风阵列……