- 文献综述（或调研报告）：
众所周知，声波兼有标量场和矢量场，传统的声压水听器仅利用了其声压信息(标量场)。矢量水听器由声压水听器和质点振速水听器组合而成，声压水听器测量空间的声压，质点振速水听器测量声场中的质点振动速度，因此矢量传感器共点、同步测量声场的声压标量和质点振速矢量。质点振速水听器是矢量传感器的核心和基础，它的性能很大程度上决定了矢量传感器的性能，更多的信息量将会带来更好的信号处理效果[1][2]。
由于声矢量水听器自身就具有指向性，单个声矢量水听器即可完成测向任务，并且具有重量低功耗小等优势，可以装载于小型水下设备完成精度要求不高的任务，在这个方向展开的研究主要利用了声矢量水听器可以获取矢量振速信息的特性[3][4]。
单矢量水听器的测向主要有平均声能流法，互谱声能流法[4]以及MUSIC算法[5]三种测向算法[2]。其中平均声能流法定义了声能流密度，即单位时间内通过声传播方向的单位截面积的声能。此方法通过将声能流分解为正交的两个方向，再依靠求反三角函数的方式求出声源的方向。这种方法的计算最为简单，但是测向精度在三种方法中也最差[4]。互谱声能流法是能流密度的频域处理，定义的复声强即将声压与振速信息互谱得到的结果，同样是将复声强分解为正交的两个方向，再依靠求反三角函数的方式求得声源方向。这种方法在测向精度上优于平均声能流法[4]。
MUSIC算法需要求解矢量阵数据协方差矩阵的特征值，获得的两个特征值之中，较大的特征值为信号子空间，较小的特征值为噪声子空间，在理想情况下数据的信号子空间与噪声子空间正交。依据公式求出信号空间谱，空间谱峰值即为声源方向[6]。在MUSIC算法的应用中，研究人员使用了电声特性补偿以及矢量振速场信号复原，得到误差在以内的测向效果。但是在低信噪比以及有色噪声中算法的性能会受到严重的影响，因此一些研究人员参考近期仿生学算法的发展，提出了使用粒子群算法来对MUSIC算法进行优化，并且在低信噪比环境下取得了不错的效果[5]。但是由于单水听器的测向在实际应用中范围较窄，测向精度相对较低，在单矢量水听器测向上进行的研究并不丰富。
相比于单声矢量水听器，矢量水听器阵列可以起到更好的测向效果，尤其是在测向精度和提高信噪比增益上有着较大的提升，在上世纪末以及本世纪初俄罗斯科学家率先进行了很多研究，目前在世界范围内俄罗斯与美国的研究处于领先地位，我国在这个方向的研究也已经进入到了较高的水平[1]。与传统声压水听器阵列比较，由于每个声矢量水听器可以输出声压p，振速vx和振速vy三路信息，在拥有相同阵元数目的情况下可以更精确的估计阵元之间的相位延迟，同时矢量水听器的指向性与阵列的指向性叠加，可以有效提高主瓣指向性，并且避免出现声压水听器阵列存在的左右舷模糊情况[7][8]。
在利用矢量水听器阵列进行测向的过程中，波束形成是最重要的技术之一，波束形成是指将传感器按一定几何规则排成一个阵列，在特定的方向形成主波束，使得接收信号与此方向匹配，用于接收该特定方向的有用信号并抑制来自其他方向的干扰信号。因此，可以将波束形成器看成是一种空间滤波器，它是常用的一种空间处理结构，可用来确定目标方位、抑制强干扰信号并增强对弱信号的接收[1][3][9][10]。
波束形成有两种基础的处理方式，由于平面波信号不是垂直于阵列方向入射，因此到达不同阵元的时间不同，这样一个阵列的阵元前后信号可以测得时间差值，第一种方法就是按照引导角对各阵元输出数据进行时延，然后相加，最后计算和波束的功率，这就是通常所说的时延波束形成; 第二种即相移波束形成，相移波束形成的原理与时域延时方法想似，是将数据转移到频域进行处理，通过移相的形式完成波束形成[1][8]。
在这两种基础的波束形成方法之上，研究人员又根据声压以及振速的特性，提出了不同的波束形成算法，主要包括波束形成组合算法和空间谱估计算法。因为基础的振速分量只有性能不突出的八字形指向性，但是在经过不同振速以及声压量组合之后，在不同角度的指向性上会有改变，会拥有例如主瓣方向更加尖锐等特点，可以很好的提升矢量阵的测向性能，因此波束形成组合算法是当前对于波束形成的重要研究方向[11][12][13]。
传统声压水听器阵列使用的Bartlett波束形成器在矢量水听器阵列中同样可以起到波束形成的效果，但是在波束形成的处理方法中，还有一种效果更好的信号处理方案，即Capon波束形成器。Capon波束形成器的核心思想是在信号峰值不变的情况下，将接收信息的功率降到最低，这样可以适当非声源方向传来的噪声达到很低的水平。经过这样的处理后，无论是传统水听器阵列还是矢量水听器阵列，使用Capon波束形成器得到的源信号信噪比更高，主瓣更尖锐，旁瓣更低，可以更好地抗空间模糊[7][9][10]。
