中文摘要：

目前，远程精确自导引技术的研究日益成为水中兵器研究的重要研究方向和热点问题。随着减震抗噪技术的不断发展，自导引探测的难度日益增大，对大中型水面舰艇和航母航行时所辐射的低频、甚低频线谱信号为检测目标的低频自导技术就成为了重要研究方向。矢量传感器的出现为解决这类问题提供了新的发展空间，使得新的信号处理方法成为可能。将矢量水听器引入水下自导引技术是一种全新的尝试，本项目致力于单矢量水听器和矢量线列阵应用于水下自导引技术所遇到的一些基础性问题的研究工作，主要研究高速运动对矢量声场的影响，建立与之匹配的信号处理算法；解决航行体自噪声的干扰问题；阵列误差影响下矢量线阵波束响应的特性，以及矢量线阵阵型估计的新方法。

结论摘要：

本课题的主要研究目的是将矢量传感器及其阵列应用在水下小平台上实现自导引功能，围绕着矢量传感器及其阵列在小平台上应用中遇到的一些基础性问题展开研究工作。主要的研究内容有一、高速运动对矢量信号处理的研究首先建立矢量水听器运动中接收信号的数学物理模型，并且在模型的基础上分析运动对矢量水听器接收线谱信号的影响，在Wigner-Vill变换的基础上，推导出一种线谱检测新方法——瞬时相关积分法。通过仿真分析和实验数据证明了该算法的有效性。二、安装平台对矢量声场影响的分析针对矢量传感器的声场受不同材质和形状的安装平台的影响进行了研究。分析了矢量传感器声场随阻抗的变化规律以及绝对软球、刚硬球的散射场和入射场的幅值、相位差随频率的变化关系。分析了在不同频率下，弹性球壳障板、软长旋转椭球和硬长旋转椭球安装条件下，矢量传感器声场变化规律以及散射场和入射场的幅值、相位差随频率的变化关系。利用有限元和边界元法计算了不同频率下软有限长圆柱，硬有限长圆柱，内充空气的弹性有限长圆柱壳的散射声场，分析了不同频率下软有限长圆柱，硬有限长圆柱，内充空气的弹性有限长圆柱壳障板下矢量传感器声场的变化规律以及散射和入射场的幅度和相位差随频率的变化关系。分析了不同频率下，具有相同纵向和横向尺寸的球、长旋转椭球、有限长圆柱障板对矢量传感器的声场影响。三、安装平台矢量声场改善方法研究围绕粘贴粘弹性吸声材料方法对水下小平台上安装矢量传感器的声场和测向的影响展开理论分析和实验研究。建立了吸声材料和平台结构组成的复合层结构的数学模型，对声波经过复合层结构的声学特性进行了分析，在此基础上利用有限元耦合边界元法对粘贴吸声材料前后的水下小平台上的矢量传感器的声学特性进行研究，分析了覆盖吸声材料前后矢量传感器的测向精度。水池实验验证了分析结果的正确性。四、阵列误差影响下矢量线阵波束响应的特性研究目的在于考察随机阵列误差对噪声相关性结构以及后续算法性能的影响，建立了在方向性噪声场中和球面各向同性噪声场中，存在随机阵元位置误差和阵元姿态误差时，声矢量阵阵列输入噪声的时空相关性结构。在此基础上，考察了这两种随机阵列误差对声矢量阵MVDR 波束形成器阵增益的影响。研究结果表明，随机阵列误差会在不同程度上改变原来的噪声相关系数，由这些相关系数组成的噪声协方差矩阵的畸变度连同导向向量的失配程度决定了阵增益损失的大小。