[發明專利]一種異構環境下多波束聲吶成像方法

有效

• 申請號: 202110616906.6
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113189599B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 張福洪;唐佳玲;易志強
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種異構環境下多波束聲吶成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：對聲吶發射的線性調頻信號進行采樣，采樣后取得的數字信號s(n)如式(1)所示：

式(1)中，“Re()”表示取實部，“exp()”表示以自然常數e為底的指數函數，f₀為載波頻率，K為調頻率，n為離散時間序號，f_s為采樣頻率，N為采樣點數；

步驟(2)：將總長度為l的接收基陣劃分為M個子陣，為滿足角度分辨率的要求，子陣長度L參照設置，那么子陣個數M如式(2)所示：

其中，λ為發射信號的波長，ΔΦ為角度分辨率；

步驟(3)：CPU為回波數據所需的存儲空間分配內存，并且讀取每個子陣接收到的回波數據x(m,n)，將其送入存儲空間緩存，以備GPU作進一步處理，回波數據如(3)所示：

x(m,n)＝α_ms(n-τ_mf_s)

其中，m＝0,1,…,M-1為M個子陣的序號，α_m表示接收到第m路回波的幅度衰減因子，這里τ_m為第m個子陣收到回波相對于基準子陣的時延，若探測距離r滿足式(4)，則判定信號近似平面波傳播：

則τ_m如式(5)所示：

式(5)中，d為子陣間隔且等于λ/2，θ為回波相對于基陣法線方向的入射角，c為聲波在水中傳播的速度；

步驟(4)：GPU直接調用其自帶的CUFFT加速庫中的cufftExecC2C函數，對回波數據x(m,n)做空間向快速傅里葉變換，如式(6)所示：

再對B(k,n)做距離向快速傅里葉變換，如式(7)所示：

步驟(5)：在GPU中將數字信號s(n)按式(8)進行變換：

再次調用GPU中的cufftExecC2C函數，按式(9)得到信號y(k,n)：

其中，()^*表示復共軛運算；

步驟(6)：GPU將y(k,n)傳回CPU，CPU對y(k,n)進行取模后實現成像。

2.根據權利要求1所述的一種異構環境下多波束聲吶成像方法，其特征在于：以CPU為主處理器完成分配回波數據所需的內存、讀取回波數據和數據成像，以GPU為協處理器實現二維快速傅里葉變換和距離向脈沖壓縮；在空間向處理時，在GPU中直接調用CUFFT庫函數對回波數據并行處理；在距離向處理時，通過沿空間向子陣的劃分，使得GPU對回波數據同時并行處理。