Page 192 - 《应用声学》2025年第1期

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存在单边指向性。这使得矢量阵在面对背景噪声和 相同，因此在波束形成过程中不会降低该频率的谱
干扰信号时具有更强的抗干扰能力，尤其对于来自 峰。80 Hz 是发射信号，三者接收的 80 Hz 信号功率
对向干扰，例如海底反射等，具有更好的测量性能优 相同，但矢量阵的波束形成处理的噪声谱级较声压
势。图7 表明坐底式测量阵列能够通过矢量电子旋 阵波束形成处理的谱级更低。截取信号发射前的环
转的方式较好地测量来自顶端的辐射噪声，从而抑 境噪声，采用声源所在位置对阵列进行延时叠加，计
制海底反射的干扰。 算结果如图9所示。

1.0 5Ղܦԍᤰ᥋ ಖ᧚᫼ ᅺ᧚᫼
15
0.5 10
Z⊳ॆʷӑࣨए -0.5 0 ࣨϙ/Pa 5 0

-1.0 -5
1
0 -10
-1 0.5 1.0
-1.0 -0.5 0 -15
Y⊳ॆʷӑࣨए
X⊳ॆʷӑࣨए 0 0.5 1.0 1.5
௑ᫎ/s
(a) ܦԍ᫼ቡʹฉౌ
(a) ௑۫ฉॎ
140
1.0
X 
Y ⊲
120
0.5 X 
Y ⊲
Z⊳ॆʷӑࣨए 0 100 X 
Y ⊲
-0.5 ᑵ٬/dB 80
60
-1.0 5Ղܦԍᤰ᥋
1
40 ಖ᧚᫼
0 ᅺ᧚᫼
-1 0 0.5 1.0 20
-1.0 -0.5 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4
Y⊳ॆʷӑࣨए
X⊳ॆʷӑࣨए ᮠဋ/Hz
(b) ᅺ᧚᫼ቡʹฉౌ (b) Ҫဋ៨
图 7 声压阵和矢量阵立体波束 图 8 时域和功率谱比较
Fig. 7 Three-dimensional beamforming for pres- Fig. 8 Comparison of time domain and power
sure sensor array and vector sensor array spectrum

在图 7(a) 和图 7(b) 中，波束最大值所在位置即 从图 9(b) 可以看出，与使用单一水听器进行测
为实现同相叠加的波束形成输出结果，取该对应角 量相比，使用声压阵列进行测量具有更好的噪声
度进行延时叠加，获得时长 5 s 连续波正弦信号对 抑制能力，但其测量增益随频率降低而减少。在
应的输出时域波形与功率谱，如图 8(a) 和图 8(b) 所 400 Hz 至 2 kHz 频段内，声压和矢量阵列均能获得
示。从图 8(a)可以看到，声压通道、标量阵与矢量阵 超过 8 dB 的测量信噪比增益。而在 UUV 主要辐射
的信号输出曲线重合，因此，通过谱级比较来体现波 噪声的 100∼400 Hz 频段内，矢量阵列比声压阵列
束形成过程对输出噪声的压制能力。 获得高约3 dB的测量增益，使其在全频段的测量增
在图 8(b) 中，可以看到 5 号声压通道存在 3 条 益相对较大。从结果看，实际增益相对于理论计算
谱线。其中，36 Hz 谱线是振动干扰，该谱线在波束 增益较小，这和试验平台月池附近环境噪声为非各
形成后被抑制。50 Hz是工频干扰，与发射信号方向 向同性有关。因为试验平台上方的辐射噪声与声源