近几十年来，得益于阵列信号处理理论与技术的发展，基于天线阵列的雷达应用迅猛发展，大量实用性强、稳定性高的测向、定位及追踪等算法在卫星、航空、航海、汽车等多个军民领域得到了广泛的应用。然而，随着应用背景的革新和用户需求的提升，各类雷达应用对于可靠性、高效性、鲁棒性等性能要求越来越高。因此，传统阵列信号处理方法面临巨大的性能瓶颈和技术挑战，而其中一个主要的技术难点在于奈奎斯特采样速率的限制。具体而言，传统采用规则化均匀阵列结构的信号处理方法的分辨率和自由度受限，无法在信号源个数大于物理阵元个数的情况下进行有效的信号处理，且需通过增加物理阵元的方式实现阵列孔径的扩展，无法满足当前雷达与通信领域日益增长的高效性和准确性等实际应用需求。互质阵列作为一种具有系统化结构的稀疏阵列，在相同物理阵元个数下具有比均匀阵列更大的阵列孔径和更高的自由度。如图1所示，互质阵列的结构由来源自一对满足互质条件的空间稀疏采样器，它在涵盖现有稀疏采样特性的基础上，有机地融合了质数的性质，是克服传统方法受限于奈奎斯特采样速率这一技术瓶颈的关键手段，对于当前新体制雷达的应用具有重要的意义。图2给出了互质采样框架下一系列广义化的互质阵列结构示意图。基于互质阵列在信号处理高效性和准确性等方面的优势，围绕互质阵列的信号处理理论与技术受到了国内外学者的广泛关注，是近年来阵列信号处理领域研究的热点问题。
图1 互质采样与互质阵列
图2 广义化互质阵列结构示意图
近年来，浙江大学史治国教授团队在互质阵列信号处理方向开展了大量的理论与算法研究，在充分考虑互质阵列稀疏性、大孔径及自由度等优势的同时，提出了一系列兼备高效性、准确性和鲁棒性的互质阵列信号处理算法，主要包括互质阵列信号处理框架下的波达方向估计和波束成形问题，相关成果已发表在IEEE Transactions on Signal Processing, IEEE Signal Processing Letters, IEEE Sensors Journal等期刊。研究团队对现有的互质阵列信号处理算法进行了总结归纳，介绍了互质阵列信号处理算法在不同问题和角度下的设计理念、技术特点和最新研究成果，并发表在《雷达学报》2019年第5期“互质阵列信号处理研究进展：波达方向估计与自适应波束成形”（周成伟，郑航，顾宇杰，王勇，史治国）一文中。该文从阵列信号处理在雷达领域的实际应用出发，介绍了互质阵列的由来及优势特性，并构建了其信号模型。随后，分别从波达方向估计和波束成形这两个阵列信号处理基本问题的角度出发，介绍了互质阵列信号处理方向近年来的研究进展，回顾并总结了上述两个方面重要的技术方案和典型的研究工作。最后，文章展望了互质阵列在结构优化设计、MIMO雷达等相关方向的研究思路，为互质阵列信号处理下一步的研究提供参考。
图3 互质阵列波达方向估计在分辨率方面的性能对比
图4 互质阵列自适应波束成形在期望信号来波方向存在固定偏差情形下的输出性能对比