在海洋声学领域，水声波导传播特性使阵列接收信号呈现多模或多径成分叠加特征，这给水下方位估计带来了巨大挑战。传统频域波束形成技术往往依赖固定频率的阵列数据（不同阵元处选择的信号频率相同），受多模/多径传播引发的相位差异影响，容易出现波束展宽与分裂现象，导致高分辨率波束形成算法难以发挥理论性能，混淆目标数量判断，严重制约了海洋工程中多目标探测任务的开展。
针对这一难题，中国科学院声学研究所刘昌鹏博士、周士弘研究员和戚聿波副研究员等尝试将现有阵列信号处理体系常用的频率固定数据更改为使用频移（Frequency Shift, FS）阵列数据的新模式。该模式通过沿阵元位置-频率域干涉条纹选择数据，可以有效增强阵列信号一致性，从物理根源上避免阵列波束展宽、分裂以及增益下降问题。依托这种数据物理特性层面上的变化，科研团队成功将该模式应用至常规波束形成（FS-CBF/SBF），以及最小方差无失真响应（FS-MVDR）、多重信号分类（FS-MUSIC）、正交匹配追踪（FS-OMP）等主流高分辨率算法。经仿真与实验数据验证，基于该模式能够有效提升算法的波束分辨率和阵列增益。
频移阵列数据处理模式将条纹基波束形成（striation-based beamforming, SBF）与频移补偿（frequency-shift compensation）理论相统一。在该模式下，现有SBF方法成为频移阵列数据在常规加权逻辑下的算法形式。频移阵列数据架构有望为当前大孔径水声阵列信号处理提供一种新的性能优化路径。
该研究成果近期发表在Ocean Engineering期刊。
本研究得到国家自然科学基金青年科学基金（No. 12404519）、中国博士后科学基金（No. GZC20232903）、中国科学院特别研究助理项目以及国家自然科学基金（No. 12174419）的联合资助。
图1 浅海约1km孔径阵列波束形成处理的实验结果。（图/中国科学院声学研究所）
参考文献：
Changpeng Liu, Shihong Zhou, Yubo Qi, Shuanghu Liu, Shuai Chen, Frequency-shifted array data: Improving beam resolution in underwater acoustic beamforming and enabling separation of pulse sources with the same azimuth, Ocean Engineering, 2026 (350), 124168, DOI:10.1016/j.oceaneng.2026.124168.
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