近年来声纳和水下装备发展迅速,面对不同任务需求,水下平台呈现出形状复杂、功能多样的新特点。声纳作为水下平台的“千里眼”也迎来新的发展机遇。与此同时,水下声纳平台的尺度限制和日益增长的探测性能需求也给被动声纳基阵设计带来新的挑战。本文以UUV等水下平台艇艏阵的设计为背景,基于阵列信号处理相关理论,针对水下被动声纳载体的尺度限制及更高的探测性能需求等问题进行任意阵设计-分析-优化为一体的系统性方法研究。其主要工作包括以下几个方面:(1)构建水下任意阵空间几何模型。分别对线阵、面阵、体积阵以及任意阵进行空间几何设计,最大程度利用平台空间。同时对信号形式、阵元形状、互耦性等约束条件做统一假设。最后利用坐标变换,建立基阵阵元域信号与空间激励之间统一、通用的物理模型。(2)分析波束图、主瓣宽、旁瓣级、阵增益等主要性能参数对任意阵空间增益性能的影响。采用两种数值分析方法:基于物理-数学模型的空间增益数值分析方法和基于有限元法的空间增益分析方法。前者对声透明基阵的主瓣宽、旁瓣级、阵增益等性能参数随阵元个数变化和频率变化影响规律进行探究。后者实现安装在障板上的基阵空间增益性能变化规律的分析。给出不同基阵的三维指向性图,并对比有无障板条件下的基阵空间指向性差异。(3)构建复杂海洋环境参数化模型。基于被动声纳探测机理,对任意阵的探测性能进行分析。探究目标-声纳探测态势和目标参数对基阵探测覆盖范围的影响,得到在一定频带范围内,频率增大会使海洋环境噪声降低,基阵指向性指数升高,基阵探测性能增强,但同时会出现探测毛刺现象。(4)针对均匀阵列旁瓣级高以及基阵孔径难以突破平台尺寸限制等问题,开展布阵优化方法研究。引入粒子群算法和遗传算法等智能搜索算法对阵型优化,进而对主瓣宽和旁瓣级进行联合优化。实现减少阵元数目同时获得更低旁瓣的效果,同时可进一步提高数据处理效率,保证基阵稳定、高效工作。本文方法通过实验室仿真环境验证,为水下任意新型被动声纳系统设计-分析-优化提供理论支撑和技术储备。