[發明專利]一種基于解卷積的MIMO聲納距離旁瓣抑制方法

有效

• 申請號: 202010083253.5
• 申請日: 2020-02-08
• 公開（公告）號: CN111257891B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 劉雄厚;孫超;魏燾;楊益新;卓頡
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/53;G01S7/527;G01S7/52
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 康進興

本發明涉及一種基于解卷積的MIMO聲納距離旁瓣抑制方法，所提方法根據MIMO聲納所用正交波形設計最優點擴散函數，利用最優點擴散函數和Richardson?Lucy算法對波束輸出絕對值進行解卷積處理，從而有效抑制MIMO聲納成像結果中的距離旁瓣。與傳統MIMO聲納成像方法相比，本發明所提基于解卷積的MIMO聲納距離旁瓣抑制方法可顯著降低成像輸出中的距離旁瓣。

技術領域

本發明屬于聲納成像領域，特別涉及一種基于解卷積的MIMO聲納距離旁瓣抑制方法。

背景技術

在水下聲成像領域，多輸入多輸出(MIMO:multiple-input multiple-output)聲納可以獲得優于傳統單輸入多輸出(SIMO:single-input multiple-output)聲納的角度分辨率(Liu XH,Sun C,Zhuo J,and et al,“Devising MIMO arrays for underwater 3-Dshort-range imaging,”in Proc MTS/IEEE OCEANS’12,Hampton Roads,USA,pp.1-7,Oct.2012.Sun C,Liu X H,Zhuo J,and et al,“High-Resolution 2-D Sector-ScanImaging Using MIMO Sonar with Narrowband LFM pulses,”in Proc OCEANS’13MTS/IEEE,San Diego,USA,Sep.2013.)。但是，由于所使用的發射波形之間的非完美正交性，以及水下聲信道所導致的波形畸變，MIMO聲納的成像結果輸出中存在較高的距離維旁瓣干擾(劉雄厚,孫超,卓頡等.基于凸優化方法的MIMO成像聲納的失配濾波處理.西北工業大學學報,2013；31(3):367-372)。盡管使用更長的編碼序列可以在一定程度上抑制距離維旁瓣，但是容易帶來計算量過大、波形穩健性變差等問題。如何在不增加編碼序列長度的前提下，有效抑制距離維旁瓣，已有的研究并不能解決這一問題。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了抑制MIMO聲納成像結果中的距離維旁瓣，本發明提出一種基于解卷積的MIMO聲納距離旁瓣抑制方法。所提方法針對MIMO聲納原始的成像輸出，根據MIMO聲納所用正交波形設計點擴散函數，利用Richardson-Lucy算法和所設計的點擴散函數對每個波束輸出的絕對值進行解卷積處理，達到顯著降低成像結果中的距離旁瓣的目的。

本發明的技術方案是：一種基于解卷積的MIMO聲納距離旁瓣抑制方法，包括以下步驟：

步驟一：通過MIMO聲納成像方法獲得原始的MIMO聲納成像輸出：

步驟二：根據MIMO聲納使用的正交波形，設計用于解卷積處理的最優點擴散函數，包括以下子步驟：

子步驟一：保留MIMO聲納所使用的正交多相編碼信號中自相關函數主瓣部分，去掉自相關函數的旁瓣部分，同時設計一個正數η作為所設計的點擴散函數的旁瓣級，獲得點擴散函數PSF(t)的表達式

其中，t代表時間，T₀表示正交多相編碼信號中的子碼長度；

對η值進行優化，設置η的值變量區間，該區間包含于從10^-6到10^-0.01所購成的區間，得到不同η值下的多個點擴散函數PSF(t)；

子步驟二：根據MIMO聲納使用的正交多相編碼信號，得到相關函數R(t)：

其中，R_m,m(t)表示第m(m＝1,2,…,M)個正交多相編碼信號的自相關函數，R_m,i(t)表示第m個正交多相編碼信號和其它正交多相編碼信號之間的互相關函數，M表示MIMO聲納所使用的正交多相編碼信號的個數，且滿足M≥2；