MEMS矢量水听器阵列信号处理研究.pdf

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1、14传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第1期MEMS矢量水听器阵列信号处理研究樊姣荣一，王晓瑶，刘文怡，张国军，关凌纲，王盼盼(1．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051；2．清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术及仪器国家重点实验室。北京100084)摘要：MEMS矢量水听器是一种新型的水声传感器，对这种传感器的原理进行了简要介绍。为了验证该MEMS矢量水听器阵列的目标估计性能，进行了矢量阵的深海实验研究，选取了MUSIC算法应用

2、于该MEMS矢量阵。实验结果表明：在复杂海洋环境中，该MEMS矢量阵能够实现对目标的方位估计和水下运动目标的航迹跟踪，从而验证了该MEMS矢量水听器成阵的可行性，为工程化应用奠定了基础。关键词：MEMS矢量阵列；MUSIC算法；信号处理中图分类号：TB566文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)01-0014-03S~tudyOnsi"gnalprocessilngbased0nM⋯EMSvectorhydrophonearrayFANJiao—rong’，WANGXiao—yao，LIUWen-yi，ZHANGG

3、uo—jun，GUANLing-gang，WANGPan—pan(1．KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，Taiyuan030051，China；2．StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstruments，DepartmentofPrecisionInstrumentationandMechanics，Beijing100084，China)

4、Abstract：MEMSvectorhydrophoneisanewtypeofunderwateracousticsensors．Itsprincipleisintroducedbriefly．Thedeep-seaexperimentalresearchisconductedinordertoverifytheperformanceoftargetestimationofMEMSvectorsensorarraybyusingMUSICalgorithm．Theexperimentalresultverifiestheeff

5、ectivenessofMEMSvectorsensorarray，itshowsthatthedirectionestimationandthetrackingofunderwatermovingtargetcanbeachievedbyusingtheMEMSvectorsensorarray．Itestablishesthetheoreticalfoundationforengineeringapplication．Keywords：MEMSvectorarray；MUSICalgorithm；signalprocessin

6、g0引言和对水下运动目标的可靠跟踪能力，为MEMS矢量水听器MEMS矢量水听器是中北大学微米纳米技术研究中心的工程化应用奠定了基础。研制的一种新型的传感器，该水听器将MEMS技术、仿生1MEMS矢量水听器介绍技术、水声原理结合起来，具有体积小、一致性好、指向精度鱼类依靠侧线感知声波和水流，侧线中的纤毛随水声高等优点，易于组阵，其阵列化不受二分之一波长限制，信号摆动，敏感细胞感知，实现声目标的定向定位。以此为能够满足小孔径、远距离探测声呐的发展需求，为水下目标原型，设计了微纳结合的纤毛式MEMS矢量水听器，其敏的探测、识别，定位以及

7、通信，特别是为潜艇等小体积水中感单元由四梁微结构和敏感柱体组成，如图1所示，其中，航行体进行环境探测与目标跟踪提供所需的关键器件。该柱体设计遵循声学同振原则，采用光纤材料制成。其基与单矢量水听器定向相比J，矢量阵信号处理具有灵本工作原理是用力敏电阻器代替纤毛周围的感觉细活的波束控制、高信号增益、极强的抗干扰能力和超高的空胞，用光纤模拟纤毛，测量时，敏感柱体与传播到周围的声间分辨能力等优点。因此，矢量水听器阵列方位估计的研信号振动谐振，弓l起敏感柱体底部质量块与悬臂梁产生相究有着重要的价值。本文在MEMS矢量水听器和MUSIC应形变

8、，形变致使梁上的力敏电阻器阻值产生相应变化，从空间谱研究的基础上，通过对矢量水听器组阵的海试实验而产生相应的电信号。MEMS矢量水听器能够检测平面内的研究，验证了该MEMS矢量阵目标方位估计的优良性能的2个方向的振速分量，从而可以实现目标方位估计，