声场兼有标量场和矢量场,声压是标量,振速是矢量。声矢量传感器是一种新型传感器,它可以空间共点,同时测量声场中的声压和振速信息。理论分析和实验都证明在远场条件下相干源辐射声场的声压和振速是完全相关的,且振速具有和频率无关的偶极子指向性,背景噪声场的声压振速是独立的。这是声矢量信号处理的物理基础。
声矢量阵阵列信号处理是一个急需研究的课题,本文结合常规声压阵阵列信号处理理论,系统地研究了基于声矢量阵的波束形成和高分辨方位估计技术,研究结果表明:
1、声矢量阵的输出可以用常规声压阵的输出和一个只与信号波达方向有关的列向量的克罗内克积来描述,即声矢量阵的信号方向矢量可以描述为声压阵的信号方向矢量和一个只与信号波达方向有关的列向量的克罗内克积。
2、任意阵形的声矢量阵的常规波束输出是相同阵形的声压阵的波束输出和一个于阵形无关的因子的乘积,该乘积因子只和信号波达方向向量与引导方向向量的数量积有关。该乘积因子使得一个等间距直线声矢量阵就能够无模糊的确定信号的二维波达方向。
3、声矢量阵阵元域高分辨方位估计算法和声压阵阵元域高分辨方位估计算法在分辨信噪比阈值和角度分辨力性能相当。声矢量阵波束域高分辨方位估计算法由于在波束形成时利用了背景噪声的声压振速信号不相关的特性提高了高分辨算法的输入信噪比,因而声矢量阵波束域高分辨方位估计算法在分辨信噪比阈值和角度分辨力都比声压阵有了提高,同时降低了计算量。
4、一个二维声矢量传感器的振速输出可以用一个解析函数描述,其模等于声压,辐角就是信号的波达方向。采用这种模型,一个二维声矢量阵的输出可以分成声压和解析振速两部分,解析振速可以看成是由声压旋转而来,旋转矩阵只和信号的波达方向有关。因此可以把声矢量阵看成是声中心完全重合的两个子阵,这样可以利用ESPRIT算法估计出信号的波达方向。和传统的基于声压阵的ESPRIT算法相比,基于声矢量阵的ESPRIT算法
