[發(fā)明專利]一種基于“T”型陣的掩埋物合成孔徑三維成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811087609.1
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN110907937B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王朋;秦留洋;劉紀(jì)元;黃海寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/539
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王宇楊

1.一種基于“T”型陣的掩埋物合成孔徑三維成像方法，所述方法包括：

步驟1)根據(jù)設(shè)定的工作參數(shù)計算“T”型陣的聲納回波數(shù)字信號；

步驟2)根據(jù)掩埋目標(biāo)所在沉積層深度以及沉積層聲速，以及水體深度和水體聲速剖面計算平均聲速，由此計算深度方向的時延參數(shù)；

步驟3)對所述聲納回波數(shù)字信號進(jìn)行沿航跡方向合成孔徑處理，基于步驟2)的深度方向的時延參數(shù)在深度向進(jìn)行脈沖壓縮處理，獲得目標(biāo)三維成像數(shù)據(jù)；

所述步驟3)具體包括：

步驟3-1)解調(diào)后的信號經(jīng)過深度向脈沖壓縮后的信號E_q,p(t)表示為：

其中，A₁為信號E_q,p(t)的幅度；p_r(·)為sinc函數(shù)；η表示聲納發(fā)射聲波的脈沖重復(fù)周期；w_a(η×p)表示沿航向的包絡(luò)；t為時間；為時延參數(shù)；1≤q≤Q，Q為陣元總數(shù)；Q＝M+N，M為“T”型陣垂直航跡方向的陣元個數(shù)為，N為沿航跡方向的陣元個數(shù)為，1≤p≤P；P為采集的數(shù)據(jù)總數(shù)；

步驟3-2)脈沖壓縮后的信號E_q,p(t)的深度向索引號k_q,p為：

其中，c為聲速；d表示兩個陣元的間隔；v表示聲納平臺對地運(yùn)動速度；f_s為回波信號的采樣頻率；k＝1,2,…K，表示深度向采樣點的索引號，K為深度向采樣點數(shù)；Δz為深度向的采樣間隔：u_x,u_y分別為航跡方向及跨航跡方向的掃描的圖像像素點位置，u_x,u_y的取值范圍為：

其中，θ₃為陣元的波束開角；H為水層深度；

步驟3-3)“T”型陣的近場合成孔徑聚焦表達(dá)式為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于“T”型陣的掩埋物合成孔徑三維成像方法，其特征在于，所述步驟1)具體包括：

步驟1-1)“T”型陣垂直航跡方向的陣元個數(shù)為M，沿航跡方向的陣元個數(shù)為N，接收陣與目標(biāo)的距離R_q,p表示為：

其中，H₀為目標(biāo)距離聲納的垂直高度，目標(biāo)的位置坐標(biāo)為(x₀,y₀,z₀)，1≤q≤Q，陣元總數(shù)Q＝M+N；1≤p≤P；P為采集的數(shù)據(jù)總數(shù)；d表示兩個陣元的間隔；v表示聲納平臺對地運(yùn)動速度；η表示聲納發(fā)射聲波的脈沖重復(fù)周期；

步驟1-2)計算下視合成孔徑聲納的每個接收陣元的接收到的回波信號的精確時延τ_q,p：

其中，c為聲速；

步驟1-3)聲納發(fā)射信號采用線性調(diào)頻信號，載頻為f₀，調(diào)頻率為K_r，脈沖寬度為T_r，發(fā)射信號s(t)表示為：

其中，t為時間；

步驟1-4)經(jīng)過目標(biāo)反射，回波信號s_p,q(t)表示為：

步驟1-5)對回波信號進(jìn)行正交解調(diào)，將其下變頻至基帶，解調(diào)后的信號為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于“T”型陣的掩埋物合成孔徑三維成像方法，其特征在于，所述步驟2)具體包括：

步驟2-1)基于水層深度H，將水層劃分為Num層，每層的深度為H_i，聲速為c_i，1≤i≤Num；沉積層深度為h，聲速為c_h；

步驟2-2)計算水層與沉積層的平均聲速

步驟2-3)利用平均聲速計算時延參數(shù)；