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龙图腾网恭喜哈尔滨工程大学申请的专利一种基于声矢量水听器的小尺寸体积阵三维波束形成方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114280618B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-25发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202111494099.1，技术领域涉及：G01S15/88；该发明授权一种基于声矢量水听器的小尺寸体积阵三维波束形成方法是由郭俊媛;朴胜春;李良文;张明辉设计研发完成，并于2021-12-08向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于声矢量水听器的小尺寸体积阵三维波束形成方法在说明书摘要公布了：本发明是一种基于声矢量水听器的小尺寸体积阵三维波束形成方法。本发明涉及小尺寸声矢量阵的波束形成技术领域，本发明通过构建以矢量水听器为基元的小尺寸声矢量体积阵，并构建接收信号模型；利用差分法得到声压对不同方向的各阶空间梯度；提取各阶空间梯度中的多极子模态；利用多极子模态合成球函数,提取三维声场的各阶球谐波；利用球函数合成在期望的三维波束。本发明利用上述加权向量对小尺寸声矢量体积阵进行加权处理即可获得任意期望的三维波束,实现三维波束形成，不但解决了甚低频段高三维空间增益与阵列孔径之间的矛盾,还能满足三维空间探测的需求。

本发明授权一种基于声矢量水听器的小尺寸体积阵三维波束形成方法在权利要求书中公布了：1.一种基于声矢量水听器的小尺寸体积阵三维波束形成方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：构建以矢量水听器为基元的小尺寸声矢量体积阵，并构建接收信号模型Vθ,φ，θ和φ分别表示俯仰角和方位角；步骤2：利用差分法得到声压对不同方向的各阶空间梯度；所述步骤2具体为：对阵列振速通道进行差分近似运算，得到声场的高阶振速梯度: 其中，是用μ方向振速通道差分近似得到时，各接收通道系数构成的列向量，εα,β,γ是α+β+γ阶差分近似时带来的常系数；步骤3：提取各阶空间梯度中的多极子模态；所述步骤3具体为：提取振速梯度中不随频率变化的多极子模态，确定提取各阶多极子模态时，各个接收通道的系数： 其中，Ψα,β,γ＝DxαDyβDzγ是多极子模态，Dx＝sinθcosφDy＝sinθsinφDz＝cosθ分别表示x、y和z通道的指向性，当μ＝x，则DμΨα,β,γ＝Ψα+1,β,γ，同理可得μ＝y,z时DμΨα,β,γ的表达式，Fsk1＝ik1ds是s阶差分的幅度补偿因子；Ψα,β,γ＝rα,β,γVθ,φ其中，rα,β,γ是用振速通道基于差分近似得到多极子模态Ψα,β,γ时，各个接收通道的系数向量，对于所有的多极子模态，写成矩阵形式为:HD＝RVθ,φ其中，HD包含α+β+γ≤N的所有多极子模态，R是由rα,β,γ构成的系数矩阵:R＝[r0,0,0,r1,0,0,...,rα,β,γ...]T；步骤4：利用多极子模态合成球函数,提取三维声场的各阶球谐波；所述步骤4具体为：将球函数用各阶多极子模态进行表示，确定球函数对应多极子模态的系数 其中，是由各阶多极子模态HD表示时，各阶多极子模态系数构成的向量，将阶数n≤N的所有球函数用多极子模态表示，并写成矩阵形式有：bYθ,φ＝EHD其中，bYθ,φ＝[Y00θ,φ,Y1-1θ,φ,...,YNNθ,φ]T，是由n≤N且m≤n的各阶球函数Ynmθ,φ构成的N+12×1列向量，E是由多极子模态得到各阶球函数的系数所构成的系数矩阵表示为: 步骤5：利用球函数合成期望三维波束；所述步骤5具体为：以球函数作为基函数将期望波束BNθ,φ展开，求得各阶球函数的系数gH 根据波束图与波束形成器的关系，求得合成期望波束图时阵列各个接收通道的加权系数向量BNθ,φ＝wHθs,φsVθ,φ＝gHERVθ,φ得到加权系数向量满足:wHθs,φs＝gHER利用上述加权系数向量对小尺寸矢量体积阵进行加权处理即可得到任意期望的三维波束,实现三维波束形成。

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