MEMS水听器作为声呐的核心部件，具有灵敏度高、低频特性好的优势，在进行水下探测时，可同时得到水下声场的声压及振速信息，被广泛应用于声呐浮标、无人水下航行器（UUV）等水下平台，实现对水下目标的实时探测。

基于MEMS水听器，中北大学张国军教授团队设计了一种应用于声呐浮标的水下探测系统。该系统在被动值守采集存储信号的基础上，添加了信号检测器，可实时检测水下信号，性能优异。相关研究成果以“基于MEMS水听器的水下探测系统设计与实现”为题发表在《微纳电子技术》期刊上。

在这项研究工作中，研究人员以现场可编程门阵列（FPGA）为控制核心，基于MEMS水听器，选择合理的存储协议和能量检测算法，设计并实现了一种应用于声呐浮标的水下探测系统。根据仿生学原理与MEMS技术，制作出纤毛式MEMS矢量水听器，考虑到水下的特殊环境，将水听器管壳材质换为了不锈钢，信号接收端与调理电路使用分段式结构，增加了水听器的稳定性。

图1 MEMS矢量水听器仿生纤毛结构

图2 同轴封装的MEMS水听器

图3 水听器实物图

研究人员在水下探测系统被动值守采集存储信号的基础上，添加了信号检测器，实现了对水下信号的实时检测，并开展了室内测试与室外湖试实验。室内测试结果显示，MEMS水听器的矢量通道灵敏度约为-210 dB@100 Hz，可测带宽为10 ~ 2000 Hz，具有平滑的“8”字指向性；标量通道具有全向性，灵敏度为-189.5 dB@100 Hz，可测带宽为10 ~ 1250 Hz；系统功耗约1.55 W，同步采样率为10 kHz，存储容量为64 GB，可实现信号的实时检测以及对3路模拟信号和3路数字信号的存储。湖试实验结果表明，该系统在水下能够稳定工作，可以连续工作约23 h，经数据处理分析，系统采集到的水声信号正常，对目标信号的探测性能良好。

图4 水听器测试平台照片

图5 信号检测的水听器数据

图6 信号检测的姿态传感器数据

图7 1h 20min 24s时的姿态传感器数据

图8 1h 20min 24s时的连续信号

综上所述，这项研究工作设计了一种基于MEMS水听器的水下探测系统，可应用于声呐浮标。该水下探测系统添加了信号检测器，可实现对水下信号的有效检测。经实验测试，该系统性能良好，续航时间长，工作稳定，可快速反应，能实时、高效监测广阔海域。这项研究工作对后期水下探测系统实现信号预处理、定向等功能具有重要意义。