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1、14傳感器與微系統(tǒng)(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第1期MEMS矢量水聽器陣列信號(hào)處理研究樊姣榮一，王曉瑤，劉文怡，張國(guó)軍，關(guān)凌綱，王盼盼(1．中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051；2．清華大學(xué)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。北京100084)摘要：MEMS矢量水聽器是一種新型的水聲傳感器，對(duì)這種傳感器的原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。為了驗(yàn)證該MEMS矢量水聽器陣列的目標(biāo)估計(jì)性能，進(jìn)行了矢量陣的深海實(shí)驗(yàn)研究，選取了MUSIC算法應(yīng)用
2、于該MEMS矢量陣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在復(fù)雜海洋環(huán)境中，該MEMS矢量陣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的方位估計(jì)和水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的航跡跟蹤，從而驗(yàn)證了該MEMS矢量水聽器成陣的可行性，為工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：MEMS矢量陣列；MUSIC算法；信號(hào)處理中圖分類號(hào)：TB566文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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引言和對(duì)水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的可靠跟蹤能力，為MEMS矢量水聽器MEMS矢量水聽器是中北大學(xué)微米納米技術(shù)研究中心的工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。研制的一種新型的傳感器，該水聽器將MEMS技術(shù)、仿生1MEMS矢量水聽器介紹技術(shù)、水聲原理結(jié)合起來(lái)，具有體積小、一致性好、指向精度魚類依靠側(cè)線感知聲波和水流，側(cè)線中的纖毛隨水聲高等優(yōu)點(diǎn)，易于組陣，其陣列化不受二分之一波長(zhǎng)限制，信號(hào)擺動(dòng)，敏感細(xì)胞感知，實(shí)現(xiàn)聲目標(biāo)的定向定位。以此為能夠滿足小孔徑、遠(yuǎn)距離探測(cè)聲吶的發(fā)展需求，為水下目標(biāo)原型，設(shè)計(jì)了微納結(jié)合的纖毛式MEMS矢量水聽器，其敏的探測(cè)、識(shí)別，定位以及
7、通信，特別是為潛艇等小體積水中感單元由四梁微結(jié)構(gòu)和敏感柱體組成，如圖1所示，其中，航行體進(jìn)行環(huán)境探測(cè)與目標(biāo)跟蹤提供所需的關(guān)鍵器件。該柱體設(shè)計(jì)遵循聲學(xué)同振原則，采用光纖材料制成。其基與單矢量水聽器定向相比J，矢量陣信號(hào)處理具有靈本工作原理是用力敏電阻器代替纖毛周圍的感覺細(xì)活的波束控制、高信號(hào)增益、極強(qiáng)的抗干擾能力和超高的空胞，用光纖模擬纖毛，測(cè)量時(shí)，敏感柱體與傳播到周圍的聲間分辨能力等優(yōu)點(diǎn)。因此，矢量水聽器陣列方位估計(jì)的研信號(hào)振動(dòng)諧振，弓l起敏感柱體底部質(zhì)量塊與懸臂梁產(chǎn)生相究有著重要的價(jià)值。本文在MEMS矢量水聽器和MUSIC應(yīng)形變
8、，形變致使梁上的力敏電阻器阻值產(chǎn)生相應(yīng)變化，從空間譜研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)矢量水聽器組陣的海試實(shí)驗(yàn)而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。MEMS矢量水聽器能夠檢測(cè)平面內(nèi)的研究，驗(yàn)證了該MEMS矢量陣目標(biāo)方位估計(jì)的優(yōu)良性能的2個(gè)方向的振速分量，從而可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)方位估計(jì)，
