[發明專利]一種新的多子陣合成孔徑聲納快速成像算法

有效

• 申請號: 201611102563.7
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106842210B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 張學波;肖軍;陳曉輝;朱三文;夏雪;黃海寧;王華奎
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍91388部隊
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/539
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 李慧

本發明提供了一種新的多子陣合成孔徑聲納快速成像算法，針對單個接收陣元和發射陣元所組成的子系統計算二維頻域系統函數；基于方位向聚焦與距離向處理相對獨立的特點，計算方位向脈沖壓縮相位調制函數；基于二維頻域系統函數和方位向脈沖壓縮調制函數的相位，計算距離?方位耦合相位項；對子系統回波數據進行耦合相位一致校正處理；距離向數據分塊；利用耦合相位差分校正實現子系統信號的參與距離徙動校正；對子系統信號進行方位向脈沖壓縮；對每個接收陣元和發射陣元所組成子系統的回波數據進行成像處理后，將所有粗分辨圖像進行相干疊加便得到最終的合成孔徑聲納高分辨圖像，克服傳統成像算法復雜的設計過程和提高成像算法在整個測繪帶內的成像性能。

技術領域

本發明屬于信號處理領域，特別涉及一種新的多子陣合成孔徑聲納快速成像算法。

背景技術

合成孔徑聲納技術依靠小尺寸基元的勻速直線運動虛擬合成一副長度隨探測距離成正比的大孔徑基陣，通過空間不同位置采樣信號的相干疊加得到與距離、頻率無關的方位向高分辨率，解決了傳統側掃聲納成像分辨率受基陣實孔徑長度、信號頻率以及作用距離等因素制約的問題，將常規側掃聲納的方位分辨率提高了1～2個數量級，而多子陣技術的采用更是解決了方位向高分辨和距離向測距之間的矛盾，使合成孔徑聲納技術開始真正走向工程實用化的道路。

成像算法是合成孔徑聲納技術的核心，現有的多子陣合成孔徑聲納頻域成像算法一般可以分為三類。第一類是基于等效收發合置合成孔徑聲納的思想，典型代表是相位中心近似方法，通過類比收發合置合成孔徑聲納的雙程斜距歷程對多子陣合成孔徑聲納雙根號形式的斜距歷程進行修正，便轉換為傳統收發合置合成孔徑聲納成像問題，這類方法在數據收發合置轉換過程中需要進行插值和二維空變相位誤差的補償，難補償完全的相位中心近似誤差還會導致近距離處目標散焦。第二類方法是基于數值計算的成像方法，此類方法需要通過數值計算得到成像處理過程中的系統轉移函數，計算量較大。第三類方法是基于代數或幾何方法求解多子陣合成孔徑聲納二維頻域系統函數的顯示表達式，典型代表有Loffeld雙基公式法、級數反演法、瞬時多普勒法等。這類方法的最大特點是需要多次采用泰勒近似或其它多項式近似方法求解系統函數的解析表達式。總的來說，這三類方法都比較復雜，需要多次利用級數近似和求導數運算才能獲得距離-多普勒域和二維頻域內的系統函數，計算過程復雜繁瑣，極大地限制了成像算法設計的靈活性及成像算法在整個測繪帶內的成像性能。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統成像算法復雜的設計過程和提高成像算法在整個測繪帶內的成像性能，提供一種適用于寬測繪帶的多子陣合成孔徑聲納高分辨成像算法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種新的多子陣合成孔徑聲納快速成像算法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、針對單個接收陣元和發射陣元所組成的子系統計算二維頻域系統函數；

S2、基于方位向聚焦與距離向處理相對獨立的特點，計算方位向脈沖壓縮的相位調制函數；

S3、基于二維頻域系統函數和方位向脈沖壓縮調制函數的相位，計算距離-方位耦合相位項；

S4、對子系統回波數據進行耦合相位一致校正處理；

S5、距離向數據分塊；

S6、利用耦合相位差分校正實現子系統信號的殘余距離徙動校正；

S7、對子系統信號進行方位向脈沖壓縮；

S8、對所有子圖像進行相干疊加。

作為本發明的一個優選的技術方案，所述的步驟S2方位向脈沖壓縮相位調制函數，其相位計算公式如下：