水声传播中,信号的传播损失随着频率的降低而减小,为提升声纳装备的探测距离,低频化是现有声纳设备发展的一个大趋势。同样,检测安静型水下目标需要波束形成器有更高的性能指标。除了矢量化等提升声纳性能的一些手段,通过后端的一些信号处理提升声纳系统的性能,比如低频时阵列的稳健性研究也是目前的一个热点问题。另外由于水下战场条件的复杂多变,在目标探测的过程中,相干信号的存在会使得各种高分辨目标方位估计算法的性能下降。故本文主要研究两个方面的内容,一是低频时阵列稳健性的研究;二是相干信号解相干问题的研究。首先,本文介绍了阵列信号处理的圆阵阵元域接收信号模型、各向噪声场模型以及CBF、MVDR、MUSIC等基本的阵列信号处理算法,然后简单介绍了超增益的定义及阵增益与指向性的区别与联系以及常用的降维处理解相干算法和相位模态域信号处理方法的基本理论。接下来本文研究了一种低频稳健的超增益波束形成方法,能够在存在传感器通道幅相误差、阵元位置扰动误差的情况下,通过设定不同的白噪声增益损失量来确定对角加载值,对角加载值的变化,可以实现在稳健性和阵增益这对矛盾量之间的连续参数化调节,最优解对应阵增益和稳健性的最佳折中。除此之外,本文还研究了矢量圆阵相位模态域的解相干处理方法。对于窄带信号,首先通过一系列的处理与变换将阵元域的均匀圆阵转化为相位模态域的一个虚拟的均匀线阵,再利用空间平滑方法划分子阵实现接收数据协方差矩阵秩的恢复,达到解相干的目的;对于宽带信号,信号相关矩阵通过频域平均变为非奇异的,这种方法能够有效地抑制背景各向同性噪声,对两个相干源进行DOA估计。最后通过消声水池实验对相位模态域频域平均解相干算法进行了验证。