[發明專利]一種基于雙側回波數據的合成孔徑聲納運動補償方法

有效

• 申請號: 201010130464.6
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN101799537A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 李保利;江澤林;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，特別涉及一種基于雙側回波數據的合成孔徑聲 納運動補償方法。

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。

合成孔徑聲納成像中，拖體由于受到海浪、水下海流、拖曳系統的影響難以保 持勻速直線運動，從而偏離了理想航跡造成運動誤差，為得到高分辨率的成像結果 必須進行運動補償。目前對于合成孔徑聲納運動補償主要分為基于慣導系統的運動 補償、基于原始回波數據的運動補償和基于圖像域的運動補償。基于慣導系統的運 動補償要求導航設備的精度足夠高，其價格非常昂貴；基于圖像域的運動補償由于 其運算量較大，一般作為后處理使用；基于原始回波數據的運動補償由于僅需利用 聲納回波數據獲取聲納基陣的運動誤差，易于實時處理，其代表為相位中心重疊算 法(DPCA)。相位中心重疊算法的基本思想是利用多接收陣元的冗余信息來估計聲納 基陣的運動狀態。

拖體的運動運動誤差主要包括3個自由度的平移和3個自由度的旋轉，分別為 左右移動(sway)、前后移動(surge)、上下移動(heave)和俯仰轉動(pitch)、橫 滾轉動(roll)、左右轉動(yaw)。其中3個自由度的旋轉主要可以通過慣導系統獲 得，傳統的相位中心重疊算法能夠較為準確的估計出拖體的sway，當重疊相位中心 個數大于2時也可以估計yaw，但是其估計yaw的精度較差。通常情況下，拖體的 surge較小，且拖體方位向的位置可以由聲多普勒計程儀對應的瞬時前進速度較為準 確的計算出來，即拖體的surge易于估計和補償。

在補償拖體前后移動(surge)運動誤差的前提下，對應于雙側合成孔徑聲納， 如何充分利用其對應的雙側多接收陣元的冗余信息來實現高精度的sway和heave運 動誤差估計和補償稱為合成孔徑聲納需要解決的關鍵問題之一。

發明內容

本發明的目的在于，為克服雙側多接收陣元的估計的sway和heave精度不高的 缺點，從而提出一種基于雙側回波數據的合成孔徑聲納運動補償方法。

本發明提供的方法利用雙側回波數據，采用相位中心重疊算法初步估計拖體的 運動誤差對應的時延，在此基礎上通過非線性最小二乘法進一步擬合出拖體對應的 sway和heave，從而實現拖體的sway和heave更為精確的估計。

為實現上述發明，本發明的一種基于雙側回波數據的合成孔徑聲納運動補償方 法，其主要技術方案包括以下幾個步驟：

1)針對雙側回波數據分別進行均勻分段，利用相位中心重疊算法估計出拖體運 動誤差對應的延時值。

2)針對各段對應的延時值，結合拖體的距底深度利用非線性模型參數的估計方 法估計出拖體對應的左右運動誤差值和上下運動誤差值；

3)針對估計出的左右運動誤差值和上下運動誤差值，結合拖體的距底深度針對 各段回波數據進行運動補償；

最后，對運動補償后的回波數據進行成像處理。

上述技術方案所述的步驟(1)中，對于回波數據的均勻分段不易過多，否則增加 計算量，且當每段對應數據采樣點數較少時利用相關處理估計拖體運動誤差對應的 延時值會出現較大偏差。

所述的使用相位中心重疊算法的前提(同時也是本發明所述方法的前提)是拖 體前進速度滿足相鄰兩幀對應的相位中心有部分重疊。設子陣個數為N，陣元孔徑 為D，脈沖重復周期為prt，基陣的前進速度為v，則有：

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