[發明專利]一種基于多重分裂波束相位差的多波束測深方法

有效

• 申請號: 200910154786.1
• 申請日: 2009-12-08
• 公開（公告）號: CN101718868A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 丁烽;傅仁琦;胡鵬;高博
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S15/89
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本發明涉及聲納信號處理領域，具體涉及陣列信號處理領域，主要是一種基于多重分裂 波束相位差的多波束測深方法。

背景技術

多波束測深系統是對每個發射/接收交叉波束內的回波信號進行回波到達時間(TOA，time of?arrival)和回波到達方向(DOA，direction?of?arrival)估計的一種高效海底地形測繪系統。 由于不同方向的海底反向散射信號具有相同的頻率，隨著掠射角逐漸變小，回波傳播損失增 大，接收到的回波信號強度減弱，并且波束出現明顯展寬。所以，對于邊緣波束的估計不能 采用基于幅度的底檢測法，而要采用基于相位的檢測方法，如分裂孔徑相位差法等。

然而對于大掠射角所對應的邊緣波束，由于回波傳播的聲程很長而且反向散射損失較大， 接收到的回波信號信噪比很低。此時利用常規分裂孔徑相位差法，僅僅通過利用單次曲線擬 合來準確定位相位差曲線的過零點是十分困難的。因此，高精度邊緣波束測深技術也是當前 多波束測深信號處理的難點。為此，在上世紀90年代提出了多子陣處理技術，通過測量多個 子陣的相位序列輸出和最小二乘估計來獲取海底圖像信息，但是子陣處理降低了基陣的有效 孔徑，必然導致了波束形成分辨性能的下降和增益損失，在低信噪比時將算法的影響測深性 能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于多重分裂波束相位差的多波束測深方法，通 過采用多種分裂波束子陣劃分方法，形成對波達方向相位差曲線的多次測量，同時引入最小 二乘處理估計參數誤差，解決了傳統相位差檢測法自動跟蹤門設計困難的問題，使其在對回 波信噪比較低的邊緣波束進行海底檢測時，仍具有較高的檢測精度。

本發明實現目的所采用的技術方案。這種基于多重分裂波束相位差的多波束測深方法， 包括步驟如下：

步驟一：采用不同的陣元重疊方式將基陣劃分為兩個子陣，設有M(M≥2)種不同的分裂 波束劃分方法，得到M次該波束的相位差序列測量，即為該方向上的相位差圖像，記為

步驟二：假設聲波到達的波前是平面波，令回波到達角度為θ，兩相鄰子陣等效聲中心 分別為c_1i和c_2i，它們之間的距離用d_i表示，1≤i≤M，那么兩個子陣之間的相位差為：

式(1)表示在一個給定時刻的接收信號的相位差估計，其中，f表示工作頻率，c為 聲速，Δθ(n)表示回波與束控方向的偏差，當回波來自波束控制方向時，為零；

對于同一時刻的不同分裂波束劃分方法得到的相位差序列，一定是同一方位的海底回波， 采用最小二乘估計處理，得到誤差函數e：

其中，k_i為相位差序列的斜率，ki=2πfdic]]>

令∂e∂(sinΔθ(n))=0,]]>得到Δθ(n)的估計：

將(3)式代入到(2)中，得到一個表明子陣相位差函數非線性度的e值，稱為相位差 誤差函數，在回波到達時間內e值很小；當M≥2，計算出非線性度大小e，當e低于一個確 定門限時，用于估計回波到達角度(DOA)和海底深度，這個門限所決定的區間為跟蹤 區間，作為預成波束角度和到達時間函數的e值稱為相位差誤差圖像；