[發明專利]適合非勻速直線航跡的SAS成像和運動補償方法

有效

• 申請號: 201610308449.3
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN107367731B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 段江濤;黃勇;劉紀元
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/52
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;李彪

本發明涉及一種適合非勻速直線航跡的SAS成像和運動補償方法，包括：建立最終輸出圖像的直角坐標成像網格，記錄該直角坐標成像網格上每個像素點的坐標，其中，對于存在高程起伏的場景，還需要記錄直角坐標成像網格上各個像素點的高程信息；建立一個全局的極坐標網格，用于各個子孔徑圖像的融合；以遞歸的方式實現多級子孔徑合并、成像區域分解和子圖像融合；遞歸過程終止，將極坐標系圖像變換到直角坐標成像網格中，最終得到全空間分辨率的圖像。

技術領域

本發明涉及聲吶成像領域，特別涉及一種適合非勻速直線航跡的SAS成像和運動補償方法。

背景技術

合成孔徑聲吶(Synthetic Aperture Sonar：SAS)利用小尺寸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吶回波信號進行相干處理，從而獲得高分辨率的聲吶圖像。運動誤差對合成孔徑聲吶成像的影響較大，產生運動誤差的主要因素包括：風浪水流的影響、載體平臺運動的不規則、聲傳播介質的不穩定和聲速的非均勻及定位傳感器GPS和速度傳感器ADL的精度不夠等。

運動誤差估計和補償是合成孔徑聲吶信號處理的重要組成部分之一。合成孔徑聲納在運動中成像時，一般要保證單程的聲程誤差小于1/8倍發射聲波的波長；在實際應用中，由于難以避免的運動誤差的影響，經常難以滿足上述限制而使得回波相干性下降和圖像質量變差，需要采用一定運動補償方法來減小聲程誤差。合成孔徑聲吶實際成像時，載體平臺很難保持勻速直線運動狀態，在機動情況下會在短時間內有大的速度起伏甚至轉彎動作。尤其對某些工作在高速和海上波浪較大等應用場景下的SAS系統，載體平臺會向所規劃的直線航跡左右側移，這不可避免地會對成像質量造成不良的影響。現有技術中的頻域成像算法一般需要工作在勻速直線的航跡，在進行一個或多個完整的合成孔徑的塊處理時，一般會取全部合成孔徑長度內的方位速度均值作為成像處理的參數，包含有一定的近似成分；實際的SAS系統進行工作時，塊處理時所含的多個完整的合成孔徑可以長達數十米，包含的子孔徑數目多達數百上千個，這其中的方位向速度的非均勻性在一些特殊的應用場景下用頻域算法進行處理會對成像的質量造成不可忽視的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服已有的合成孔徑聲納成像方法在成像質量上的不足，從而提供一種能夠有效提高成像質量的SAS成像和運動補償方法。

為了實現上述目的，本發明提供了一種適合非勻速直線航跡的SAS成像和運動補償方法，包括：

步驟1)、建立最終輸出圖像的直角坐標成像網格，記錄該直角坐標成像網格上每個像素點的坐標，其中，對于存在高程起伏的場景，還需要記錄直角坐標成像網格上各個像素點的高程信息；建立一個全局的極坐標網格，用于各個子孔徑圖像的融合；

步驟2)、以遞歸的方式實現多級子孔徑合并、成像區域分解和子圖像融合；其中，這一遞歸過程分為M個階段，每個階段所要完成的操作包括：

步驟2-1)、實現子孔徑合并，完成相應的成像區域分解；

步驟2-2)、以一合并后的子孔徑的中心為原點建立局部極坐標成像網格，且該局部極坐標成像網格中相鄰像素的距離間隔和相鄰像素的角域間隔滿足式(2)：

其中，Δr表示相鄰像素的距離間隔，Δ(sinθ)表示像素的角域間隔，c為聲速，B為發射信號的帶寬，λ_min為信號中包含的最小波長，l為該局部極坐標成像網格所對應的孔徑長度；

步驟2-3)、將一個完整的合成孔徑劃分為多個子孔徑，將子孔徑擬合直線航跡，然后根據子孔徑等效相位中心的真實位置來計算瞬時斜距，進而生成極坐標子圖像；其中，假設第m階段第n個子孔徑中心的方位坐標為y_n^(m)，以其為原點建立局部極坐標系，則所述極坐標子圖像表示為：