[發明專利]一種基于面元散射的合成孔徑聲納面目標快速仿真方法

無效

• 申請號: 201010112242.1
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101762811A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 李保利;劉維;劉紀元;張春華
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S15/89
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明屬于聲納信號處理領域，特別涉及一種基于面元散射的合成孔徑聲納面 目標快速仿真方法。

背景技術

合成孔徑聲納(Synthetic?Aperture?Sonar：SAS)是一種先進的高分辨率水聲成 像聲納，其基本原理是利用小孔徑基陣在方位向的移動形成虛擬大孔徑，通過對不 同位置的聲納回波進行相干處理，從而獲得方位向的高分辨率。

面目標的回波數據仿真是進行合成孔徑聲納信號處理研究的重要途徑。利用仿 真的面目標回波數據可以驗證各種SAS成像算法、運動補償及自聚焦算法的有效性， 同時還可以分析系統性能，對系統參數的選擇具有指導作用，此外水下目標的識別 更是需要大量的數據以建立目標匹配模型。固然SAS的回波數據可以通過湖海試獲 得，但其成本過高且特殊的場景不易實施，面目標的回波仿真被國內外研究機構所 關注。

面目標的表征主要包括點模型和面元模型兩種。基于點模型表征的面目標，其 回波數據仿真原理簡單、易于操作，其缺點是仿真運算量龐大。基于面元模型表征 的面目標，利用赫姆霍茲-基爾霍夫積分公式可計算出單個小面元的聲散射場，對所 有小面元聲散射場進行疊加處理結合聲源信號可計算出面目標對應的回波數據。針 對三角面元的赫姆霍茲-基爾霍夫積分公式，一般通過通過兩種技術途徑解決：第一， 利用空間變換將任一三角面元變換至二維平面上，在此基礎上計算其面積分；第二， 利用仿射變換將任一三角面元的散射場通過對單位直角三角面元散射場的插值處理 獲得。第二種方法相對于第一種方法提高了計算效率，然而由于插值處理的存在， 仿真精度有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有的插值信號處理以及面元形狀選擇造成的仿真 精度低等缺點，從而提出一種基于面元散射的合成孔徑聲納面目標快速仿真方法。

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于面元散射的合成孔徑聲納 面目標快速仿真方法。該方法利用格林公式結合三角面元的三條邊參量方程，將赫 姆霍茲-基爾霍夫積分公式進一步化簡，在此基礎上實現合成孔徑聲納面目標的快速 仿真。

一種基于面元散射的合成孔徑聲納面目標快速仿真方法，該方法用格林公式結 合三角面元的三條邊參量方程，化簡赫姆霍茲-基爾霍夫積分公式，，實現合成孔徑聲 納面目標的快速仿真，所述的方法包含如下步驟：

(1)設定合成孔徑聲納系統的仿真參數，構造面目標場景模型；

其中，所述的合成孔徑聲納系統的仿真參數主要包括：中心頻率、信號帶寬、 脈沖寬度、脈沖重復周期、采樣頻率、發射陣孔徑、接收陣孔徑、陣元個數、采樣 點數、最小距離、聲速或拖體速度；所述的構造面目標場景模型，通過ANSYS仿真 分析創建面目標模型，并對其進行三角面元的網格劃分。

(2)依據聲納基陣在方位向上的時間順序，確定基陣位置，針對確定的基陣 位置，確定表征面目標的三角面元被照射狀態，所述的三角面元的狀態分為完全被 照射、完全未被照射和部分被照射三種狀態；

(3)對所有完全被照射的三角面元，用格林公式結合每個三角面元的三條邊 參量方程化簡赫姆霍茲-基爾霍夫積分公式，再用化簡得到的公式計算所有被照射三 角面元的散射場的頻域信號，對得到的所有三角面元的散射場的頻域信號進行疊加， 最后進行逆傅里葉變換獲得當前位置對應的面目標回波數據；

(4)按照方位向的順序重復步驟(2)～(3)，從而獲得當前基陣位置對應的 回波信號的頻域表示，再對頻域信號進行逆傅里葉變換獲得面目標對應的完整回波 數據，實現合成孔徑聲納面目標的快速仿真。

上述技術方案采用格林公式結合三角面元的三條邊參量方程，得到化簡的赫姆 霍茲-基爾霍夫積分公式如下：