技术摘要：
公开了一种矢量水听器及基于该矢量水听器的多目标方位估计方法。所述矢量水听器包括：声学传感器，用于接收目标信号，所述声学传感器包括多个阵元，所述阵元包括若干个传感器单元；目标方位估计模块，用于将采集到的目标信号进行离散化处理，并建立混合矩阵，建立所述  全部
背景技术：
水具有较大的比热容和较强的吸热能力，红外技术的应用受到很大限制；由于散 射等原因，电磁波的传播距离有限；探照灯在水中的探测距离也仅在数十米范围内，且容易 暴露自己，在军事中难以得到应用。声波在水中衰减较小，传播距离较远，且容易隐藏自己。 因此，声波成为水下信息传播的重要载体，而声学技术为人们解决水下远距离探测和信息 传输的问题提供了可能。 矢量水听器与标量水听器相比可以测量声场中的矢量信息，抑制环境中的各向同 性噪声而成为未来的发展方向。因此，测量结果可以更全面、更准确地反映声场的真实情 况。目前设计矢量水听器多是采用同振式或声压梯度原理实现的。 中北大学基于同振式工作原理研制的仿生MEMS矢量水听器存在加工精度较低、一 致性差、带宽小等问题。哈尔滨工程大学通过采用MEMS工艺加工的压阻式加速度计测试水 下矢量信息结果表明水听器在1kHz频率处灵敏度为-194dB(re:1V/μPa)，存在声压灵敏度 较低的问题。WilcoxonResearch公司通过正交放置的敏感元件为PZT-PT压电单晶体的加速 度计，其是基于声压梯度原理测量声场中的矢量信息，但是其存在PZT含铅，不符合电子产 品无铅化的发展趋势。
技术实现要素：
本公开至少一个实施例提供一种基于面阵设计的矢量水听器及基于该矢量水听 器的多目标方位估计方法。本公开的面阵声学传感器探头具有体积小、成本低和低频响应 特性好和大带宽的特点，在矢量水听器系统中具有较好的应用前景。 本公开的至少一个实施例提供一种矢量水听器，包括： 声学传感器，用于接收目标信号，所述声学传感器包括多个阵元，所述阵元包括若 干个传感器单元； 目标方位估计模块，用于将采集到的目标信号进行离散化处理，并建立混合矩阵， 建立所述声学传感器面阵中心声强方程，建立环境噪声矩阵，并根据环境噪声矩阵和混合 矩阵得到目标信号矩阵，将得到的目标信号矩阵与所述声学传感器面阵中心声强方程进行 比较归一化处理，获得目标声压信号的强度矢量信息。 在一些示例中，所述声学传感器为压电式或电容式声学传感器。 在一些示例中，所述声学传感器包括4个或8个或16个按中心对称排列的阵元。 在一些示例中，所述传感器单元为正方形或圆形或正六边形。 在一些示例中，所述阵元的传感器单元按等间距排布。 在一些示例中，所述阵元的所述传感器单元在电学上相互并联。 4 CN 111596262 A 说　明　书 2/5 页 在一些示例中，所述声学传感器封装在由防水、透声材料制成的外壳中，该材料为 与海水或淡水的声学阻抗相同的聚氨酯透声橡胶。 本公开的至少一个实施例提供一种多目标方位估计方法，包括： 利用声学传感器采集被测水下信号，所述声学传感器包括多个阵元，所述阵元包 括若干个在电学上相互并联传感器单元； 对采集到的信号进行离散化处理，获得每个采样点的幅值； 将每个采样点的幅值进行矩阵化，获得每个所述阵元采集到的混合信号矩阵； 假设最大信号波束方向为(αs,θs)，则归一化声压函数D(α,θ)表示P(α,θ)任意一点 的声压，其偏转方向为(α,θ)。P(αs,θs)表示声学传感器阵元接收到的水下声压信号与环境 噪声信号的和； 归一化声压函数形式： 混合矩阵为： D(α,θ,αs,θs)＝D1(α,θ,αs,θs)×D2(α,θ,αs,θs) 假设水下环境噪声矩阵模型如下： 将混合矩阵与环境噪声矩阵相减得到水下声压信号矩阵； 将所述阵元得到的水下声压信号与假设的声学传感器面阵中心声强对比得到水 下声压信号的强度矢量信息； 假设声学传感器面阵中心归一化声强方程形式为： 声压信号的强度矢量方向函数公式如下： i、j表示虚数单位，A,B表示声学传感器面阵中心声强系数，αZ表示声压信号投影 到XOY平面内的角度，θZ表示声压信号投影到XOZ平面内的角度。 在一些示例中，对所述声学传感器获得的混合矩阵进行特征值分解，结合环境噪 声矩阵得到声源个数。 5 CN 111596262 A 说　明　书 3/5 页 在一些示例中，对所述阵元提取环境噪声时，通过设定门限值来建立环境噪声矩 阵。 附图说明 为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介 绍。 图1为本公开一实施例提供的矢量水听器系统框图。 图2为本公开一实施例提供的矢量水听器工作机理示意图。 图3为本公开一实施例提供的矢量水听器接收声信号时的示意图。 图4为本公开一实施例提供的压电式传感器单元截面结构示意图。 图5a为本公开第一实施例提供的声学传感器结构示意图。 图5b为本公开第二实施例提供的声学传感器结构示意图。 图5c为本公开第三实施例提供的声学传感器结构示意图。 图6为本公开一实施例提供的电容式传感器单元截面结构示意图。 图7为本公开一实施例提供的声学探头透声封装的截面结构示意图。