[發(fā)明專利]一種多子陣合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710261774.3
• 申請(qǐng)日: 2017-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107064911B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張學(xué)波;楊搏;夏雪;李海;屈武;彭成;王華奎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍91388部隊(duì)
• 主分類號(hào): G01S7/52
• 分類號(hào): G01S7/52;G01S7/539;G01S15/89
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務(wù)所有限公司 44228
• 代理人: 李慧

本發(fā)明提供了一種多子陣合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償方法，該方法對(duì)各次獨(dú)立的回波數(shù)據(jù)測(cè)量進(jìn)行平均處理，從中提取出共同的運(yùn)動(dòng)誤差信息，進(jìn)而可以估計(jì)多子陣合成孔徑聲納的側(cè)擺誤差。本發(fā)明提供的方法能夠以較小的運(yùn)算量估計(jì)出多子陣合成孔徑聲納的側(cè)擺誤差，進(jìn)而用以提高多子陣合成孔徑聲納圖像的聚焦質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種多子陣合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

合成孔徑聲納進(jìn)行圖像重構(gòu)的依據(jù)是多個(gè)脈沖信號(hào)間幾何關(guān)系得到的收、發(fā)聲程差，一般認(rèn)為各脈沖間的聲納聲程誤差超過(guò)波長(zhǎng)的八分之一時(shí)就會(huì)對(duì)重構(gòu)的圖像質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)、浪、涌等自然環(huán)境因素以及船舶操縱性等人為因素都可以使聲納載體偏離理想航跡；不僅如此，水聲介質(zhì)的時(shí)間和空間起伏以及多徑效應(yīng)等因素也會(huì)導(dǎo)致聲納圖像的聚焦效果變差。所以，對(duì)于高分辨合成孔徑聲納系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中偏離理想航跡的聲納運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行精確地估計(jì)和補(bǔ)償，以達(dá)到減小甚至消除運(yùn)動(dòng)誤差影響的目的。

運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法大致可以分為三種。一種是采用慣性導(dǎo)航設(shè)備所記錄的各時(shí)刻聲納載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)修正回波數(shù)據(jù)。第二種方法是先對(duì)各脈沖內(nèi)多個(gè)接收陣元的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，然后再?gòu)倪@些粗分辨的子圖像中估計(jì)聲納的運(yùn)動(dòng)信息。最后一種就是從原始回波數(shù)據(jù)中直接提取聲納基陣的運(yùn)動(dòng)信息，并在合成孔徑成像處理前預(yù)先完成回波數(shù)據(jù)的補(bǔ)償。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)航設(shè)備可以提供精確的偏航和橫滾等聲納系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)信息，同時(shí)也能夠提供穩(wěn)健的側(cè)擺和航向方向上的加速度信息；但高精度導(dǎo)航設(shè)備價(jià)格高昂，而低廉的導(dǎo)航設(shè)備又不能滿足高分辨SAS系統(tǒng)所需要的亞波長(zhǎng)精度要求，使得基于導(dǎo)航設(shè)備的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法非常不經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。而第二種方法運(yùn)算量較大，實(shí)時(shí)性較差，一般適合于圖像后處理。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種多子陣合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，包含如下步驟：

S1、對(duì)每個(gè)接收陣元的回波數(shù)據(jù)，進(jìn)行距離向的脈沖壓縮；

S2、針對(duì)空間上收發(fā)分置的每個(gè)接收陣元數(shù)據(jù)，進(jìn)行收發(fā)合置的轉(zhuǎn)換；

S3、對(duì)相鄰兩個(gè)脈沖內(nèi)重疊的相位中心沿距離向求統(tǒng)計(jì)平均；

S4、對(duì)每個(gè)發(fā)射脈沖內(nèi)纏繞的平均相位誤差進(jìn)行估計(jì)；

S5、對(duì)當(dāng)前脈沖并含當(dāng)前脈沖之前所估計(jì)出來(lái)的相位誤差進(jìn)行累加，以獲得對(duì)應(yīng)于當(dāng)前脈沖無(wú)纏繞的相位誤差；

S6、根據(jù)無(wú)纏繞的相位誤差，估計(jì)時(shí)延誤差；

S7、根據(jù)估計(jì)得到的時(shí)延誤差，對(duì)各脈沖的回波信號(hào)進(jìn)行修正；

S8、利用修正后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的步驟S2的收發(fā)合置轉(zhuǎn)換，其相位補(bǔ)償函數(shù)的計(jì)算公式如下：

對(duì)于收發(fā)陣元空間分置所導(dǎo)致的微距離徙動(dòng)誤差，采用插值方法予以校正，其中微距離徙動(dòng)誤差的表達(dá)式為：

其中r表示目標(biāo)距離向坐標(biāo)；v表示平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，c表示聲波在水中的傳播速度；i表示第i個(gè)接收陣元和發(fā)射陣元所組成的子系統(tǒng)索引，d_i表示第i個(gè)子系統(tǒng)的收、發(fā)陣元間距，f_c表示所發(fā)射的寬頻帶信號(hào)中心頻率。

作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的步驟S3的統(tǒng)計(jì)平均，其計(jì)算公式如下：

其中p表示所發(fā)射的第p個(gè)脈沖的索引；ss(τ,p)表示在第p個(gè)脈沖內(nèi)經(jīng)過(guò)脈沖壓縮和收發(fā)合置轉(zhuǎn)換處理后的數(shù)據(jù)；*表示復(fù)共軛操作；Σ表示求和運(yùn)算；τ表示距離向快時(shí)間。