基于二阶锥规划的矢量共形阵波束形成方法研究
摘要
随着消声瓦和浮阀技术的发展，水下大型结构的辐射噪声越来越低，使得被动探
测目标的难度越来越大。因此，需要新方法、新手段来提高水下目标探测性能。矢量
水听器可以同时测量声波的声压和振速信息，增加空间增益。而共形声纳具有更大的
孔径和更多的基元数，二者结合，为水下被动探测目标方位提供一条新途径。
首先，对矢量共形阵阵列信号处理原理进行研究，对共形阵进行建模，对矢量共
形阵的方向图和常用的矢量波束形成方法进行了仿真，给出了阵元数增加时方向图指
向性变化和不同波束形成方法波束图的对比。在白噪声增益约束方法的基础上，完成
二阶锥规划波束形成方法的准则设计，并推导该波束形成方法的数值实现公式，进行
理论仿真分析，给出不同波束形成方法性能评价对比。结果表明，该方法与白噪声增
益方法相比旁瓣水平有明显降低，从理论上验证了该方法的有效性。
其次，对障板条件下矢量水听器的接收信号进行了建模，对不同障板下矢量水听
器的指向性进行仿真，给出障板与水听器之间不同距离下指向性变化的情况，完成共
形阵不同障板形式的设计，对不同障板形式下共形阵指向性以及波束形成效果进行仿
真对比分析。结果表明，障板共形阵指向性的波束图旁瓣比透明共形阵略高，整体式
障板条件下共形阵波束形成与分散式障板效果基本一样。
最后，在消声水池进行了矢量共形阵波束形成的测量实验，分别测量了不同声波
入射角下，矢量共形阵波束形成效果，并与理论仿真的结果进行了对比。实验结果表
明：实验实测结果与理论仿真结果误差较小，证明了本文波束形成方法的有效性；通
过MVDR方法与本文方法的试验结果对比，证明了在共形阵列存在阵列流型误差时，本
文算法具有更好的稳健性。
关键词：矢量共形阵；二阶锥规划；波束形成；最小方差无畸变响应；障板
基于二阶锥规划的矢量共形阵波束形成方法研究
ABSTRACT
WiththedevelopmentofAnechoictileandfloatvalvetechnology,theradiatednoiseof
largeunderwaterstructuresisgettinglowerandlower,whichincreasesthedifficultyof
passivedetectionofunderwatertargets.Therefore,newmethodsandnewapproachesare
neededtoimprovethedetectionperformanceofunderwatertargets.Thevectorhydrophone
cansimultaneouslymeasurethesoundpressureandvelocityinformationofsoundwaves,
whichincreasesthespatialgain.However,conformalsonarhasalargerapertureanda
largernumberofprimitives,andthecombinationofthetwoprovidesanewwayfor
underwaterpassivedetectionoftargetorientation.
Firstly,theprincipleofsignalprocessingforvectorconformalarrayswasstudied,and
conformalarraysweremodeled.Thedirectionalpatternsofvectorconformalarraysand
commonlyusedvectorbeamformingmethodsweresimulated.Thechangesindirectional
patterndir