本项目属于声呐技术、电子信息、水声学等领域的前沿研究内容，可应用于声呐工程、海洋环境监测等多个技术领域。

受应用环境的限制，传统水声传感器阵列的尺寸和其性能之间的矛盾越来越突出，因此如何在有限的阵列尺度下获得足够高的空间指向性是水声探测和测量系统设计中亟待解决的重要问题，而超指向性理论和技术可有效提高传感器阵列的信噪比增益和空间分辨力，且能大幅度减小阵列的尺度，是解决上述问题的有效途径。然而在很长时间内，实现超指向性都存在着巨大的挑战，其关键在于如何提高超指向性的稳健性，降低对随机误差的敏感度。本项目在国家自然科学基金重点课题的支持下，深入研究了传感器阵列超指向性理论，建立了新的模型，揭示了超指向性受误差影响的新机理，发明了稳健优化技术，能够显著提高空间处理增益，并大大减小阵列尺寸，突破了传统技术的性能和尺寸限制。同时，基于超指向性原理发明了一系列利用小尺度传感器阵列探测、测量水下噪声源的新技术，显著提高了探测距离和分辨能力，有效解决了低频水声探测和测量中阵列尺度与空域处理性能之间的尖锐矛盾。主要发明点有：

1、揭示了传感器阵列超指向性新原理

建立了特征波束分解与综合模型和Gram-Schmidt模态波束分解与综合模型，首次将超指向性最优解精确地表达成有限阶闭式声场分量叠加形式，发现了自由空间和非自由空间中高阶声场与指向性、稳健性之间的一般规律，揭示了误差对超指向性性能影响的新机理，推导出圆环阵指向性因子的理论极限表达式，为超指向性的实际应用奠定了理论基础。

2、发明了传感器阵列超指向性稳健优化技术

提出了实现超指向性的窄带稳健优化方法，通过合理组合高阶声场分量获得了六阶超指向性，指向性指数比传统方法提高了8分贝以上；建立了宽带超指向性频率不变响应模型，首次推导出各频率处权值向量与期望权值向量之间的解析函数关系，提出了求解最优期望波束权值向量的一般化方法，得到了最优宽带超指向性波束；提出了非自由空间中传感器阵列超指向性波束优化方法，显著提高了障板散射、阵元互耦等情况下超指向性的稳健性。

3、发明了基于超指向性原理的水下平台辐射噪声源定位和测量技术

利用特征波束分解与综合模型，设计了一种双振速单指向性传感器，获得了比传统双声压单指向性传感器更优越的噪声源定位能力；提出了基于超指向性的小尺度阵列水下平台辐射噪声源分辨与测量方法，解决了传统水下平台辐射噪声测量过程中采用大孔径阵列易受水声信道影响及布放实施不便的难题；提出了结合高阶超指向性原理与微弱多普勒分析的时-频-空域联合处理方法，突破了水下平台低速运动时低频线谱引起的极微弱多普勒频移难以分析的瓶颈，成为实航状态下定位和测量水下平台噪声源的重要技术手段。

本项目已授权国家发明专利20项，研究成果已应用到海军研究院、中国船舶重工集团公司第七六〇研究所、国营第七二一厂、中国科学院声学研究所等多家单位的国家重大项目中，解决了多项技术难题，其先进性得到了国内外的广泛认可，学术价值高，具有重大的推广应用价值。主要成果获得了2019年陕西省高等学校科学技术奖一等奖。