[發(fā)明專(zhuān)利]一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310681521.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104714223A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江澤林;張鵬飛;劉維;劉紀(jì)元;張春華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01S7/539
• 分類(lèi)號(hào): G01S7/539;G01S15/89
• 代理公司: 北京法思騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲納信號(hào)處理的技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法。

背景技術(shù)

聲納是利用水下聲波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和定位的設(shè)備。對(duì)于安裝在艦船上或者拖曳式的主動(dòng)聲納，按照聲波的發(fā)射方向，可分為側(cè)視、下視、前視等類(lèi)型。其中側(cè)視聲納多為成像聲納，主要用于水下目標(biāo)探測(cè)、海底地形地貌測(cè)繪等。當(dāng)前主流的側(cè)視聲納有側(cè)掃聲納（Side?Scan?Sonar，SSS）和合成孔徑聲納（Synthetic?Aperture?Sonar）兩類(lèi)。

合成孔徑聲納是一種先進(jìn)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(dòng)形成虛擬大孔徑，通過(guò)對(duì)不同位置的聲納回波進(jìn)行相干處理，從而獲得方位向的高分辨率成像結(jié)果。

合成孔徑聲納成像算法分為時(shí)域算法和頻域算法兩大類(lèi)。時(shí)域算法主要通過(guò)插值、索引和復(fù)數(shù)疊加實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活、內(nèi)存占用小，易于實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是計(jì)算效率低，對(duì)采樣率要求較高。頻域算法主要通過(guò)傅立葉變換和復(fù)乘運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算效率高，其缺點(diǎn)是內(nèi)存占用大，不能直接應(yīng)用于非直線航跡和方位向非均勻采樣。

隨著合成孔徑聲納技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)處理能力的不斷進(jìn)步，技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的提升對(duì)合成孔徑聲納的處理效率和處理速度提出了更高的要求。在此背景下，頻域成像算法成為更優(yōu)的選擇。但與時(shí)域算法相比，頻域成像算法要求聲納做勻速直線航行。而在實(shí)際航行中，為了多次、多視角地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像，聲納的航跡通常僅在一定時(shí)間內(nèi)保持直航，這樣獲得的聲納數(shù)據(jù)是由直航段數(shù)據(jù)和非直航段（如轉(zhuǎn)彎）數(shù)據(jù)間隔相連組成的。使用頻域算法對(duì)非直航段數(shù)據(jù)的成像結(jié)果通常是模糊的。

在聲納圖像的后期應(yīng)用中（例如圖像拼接、聲圖鑲嵌、目標(biāo)識(shí)別等），需要使用清晰的聲納圖像，這就要求對(duì)原始回波數(shù)據(jù)或成像數(shù)據(jù)進(jìn)行直航段數(shù)據(jù)提取，一般采用人工提取方法進(jìn)行提取。但由于聲納圖像數(shù)據(jù)量較大，使用人工提取的方法對(duì)時(shí)間和人力資源消耗較大，工作效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為了解決現(xiàn)有的采用人工提取方法提取合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)存在著時(shí)間和人力資源消耗較大的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，實(shí)現(xiàn)合成孔徑聲納數(shù)據(jù)直航段的自動(dòng)提取，提高了工作效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中直航段數(shù)據(jù)的自動(dòng)提取方法，所述的自動(dòng)提取方法包括：

步驟1）設(shè)定抽稀距離閾值及相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值；

步驟2）提取合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中每個(gè)航跡點(diǎn)的位置信息和幀號(hào)信息；

步驟3）依次存儲(chǔ)步驟2）中獲得的航跡點(diǎn)的位置信息，對(duì)所有航跡點(diǎn)進(jìn)行抽稀處理獲得抽稀點(diǎn)，使任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間航跡上的所有航跡點(diǎn)到該兩點(diǎn)間直線的距離均小于步驟1）中設(shè)定的抽稀距離閾值；

步驟4）根據(jù)步驟3）中獲得的抽稀點(diǎn)進(jìn)一步判斷：如果任意兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)間的距離大于步驟1）中設(shè)定的相鄰抽稀點(diǎn)距離閾值，則抽取該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)作為兩個(gè)端點(diǎn)存入直航段端點(diǎn)集中，否則刪除該兩個(gè)相鄰抽稀點(diǎn)；

步驟5）從步驟4）的直航段端點(diǎn)集中獲得每個(gè)端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幀號(hào)信息，并根據(jù)該幀號(hào)信息從合成孔徑聲納數(shù)據(jù)中提取直航段數(shù)據(jù)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述航跡點(diǎn)的位置信息為GPS信息。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3）采用Douglas-Peucker算法實(shí)現(xiàn)，具體步驟包括：

步驟301）開(kāi)辟航跡向量空間P，依次存儲(chǔ)步驟2）中獲得的航跡點(diǎn)的位置信息，開(kāi)辟兩個(gè)堆棧A和B用于存儲(chǔ)航跡點(diǎn)的點(diǎn)序號(hào)，將始端航跡點(diǎn)P₁和末端航跡點(diǎn)P_N的點(diǎn)序號(hào)分別存入堆棧A和堆棧B中；

步驟302）從堆棧A中讀取棧頂元素i，并獲取航跡點(diǎn)P_i的位置信息，從堆棧B中讀取棧頂元素j，并獲取航跡點(diǎn)P_j的位置信息；

步驟303）計(jì)算航跡向量空間P中P_i到P_j之間各航跡點(diǎn)到直線P_iP_j的距離，并獲取其中的距離最大值D_k及其對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)P_k；