随着矢量传感器应用领域的不断拓展,其在水下小平台上的应用需求日益受到关注。由于安装平台的声散射导致矢量传感器各通道的接收特性畸变,进而影响后级信号处理结果的正确性,成为限制其在水下小平台上的工程应用的严重障碍。为了减小水下小平台上矢量传感器接收特性受声散射的影响,实现单矢量传感器及其组成阵列在平台散射条件下的测量结果的有效性,本文针对矢量传感器及其阵列在水下小平台上的应用展开了研究,主要研究内容包括:1.针对现有的研究多偏重分析矢量传感器受较为单一阻抗边界类型(绝对软、绝对硬或可用解析法求解的球壳、无限长柱壳)的障板散射场影响的问题,利用有限元耦合边界元方程,计算了双层壳体的声散射对矢量传感器测量的影响,分析了矢量传感器的安装位置及内外壳体间浮力材料的密度特性对矢量传感器指向性的影响规律。当入射声波频率较低时,由于声波的绕射作用,安装在平台外部的矢量传感器出现指向性峰值,其接收指向性较差,而安装在浮力材料内部的矢量传感器指向性相对较好;随着声波频率的升高,内外壳体间浮力材料内的散射波增强,安装在浮力材料内部的矢量传感器指向性变差。此外,当增大浮力材料的密度时,材料的杨氏模量随之增加,其弹性振动增强,导致矢量传感器受散射波的影响增大。2.针对现有的研究多偏重矢量传感器受不同类型障板(形状、边界条件)声散射的影响,但较少涉及如何减小平台声散射对矢量传感器接收特性影响的问题,提出了在平台表面覆盖吸声材料的有效措施,研究并分析了吸声材料的声学参数(吸声材料的厚度、损耗系数及粘贴位置等)对水下平台声学特性的影响规律,进一步计算并对比了覆盖吸声材料前后水下小平台上矢量传感器的接收声学特性,结果显示覆盖吸声材料可以改善矢量传感器各通道指向性图的右半部分,且对靠近平台端面的某一扇形区域的指向性改善效果较为明显,并通过水池实验验证了仿真计算结果的正确性。3.针对水下小平台上矢量传感器各通道接收特性畸变,导致其测向结果不准确,甚至在受平台散射影响较大时出现结果失效的问题,分析并总结了声波的入射频率、矢量传感器的安装位置、安装点距平台的距离及平台声学特性等因素的改变对矢量传感器测向精度的影响规律。为了进一步提高安装平台上矢量传感器的测向精度,提出了根据平台散射影响计算出不同频率、入射角度下安装在其上的矢量传感器的测得方位,并建立由测得方位与目标真实方位的映射关系,再在实际测量中由测得方位映射至目标真实方位的反演法。针对受散射波影响较大时反演法存在的测得方位随目标真实方位变化曲线不单调的问题,给出了提高反演法的适用性的有效措施。4.针对水下小平台的声散射影响矢量阵各通道的接收特性,并导致其方位估计性能受影响的问题,建立了声散射影响下矢量阵接收信号的模型,分析了矢量阵接收通道的幅度增益和相位偏移的改变对常规波束形成、MVDR和MUSIC算法方位估计性能的影响。由于不同目标方位时矢量阵所受平台声散射的影响程度不同,分析了阵列的方位估计性能随目标入射方位的变化规律,结果表明在阵列的法线方向附近矢量阵各通道的幅度增益和相位偏移相对较小,各算法下矢量阵的方位估计能较好;随着目标方位靠近阵列的端向方向,矢量阵各通道的幅度增益和相位偏移畸变严重,其方位估计性能下降甚至难以估计目标的真实方位。针对这种现象,提出了根据平台特性、阵列安装位置、阵元数目及阵间距等先验信息计算出不同频率信号下矢量阵受散射影响时的阵列流型,并利用该阵列流型扫描目标方位的反演校正法。理论分析和仿真计算表明该方法可以有效地估计出目标真实方位。