一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法及系統技術方案

本發明專利技術設計了一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法及系統，該方法基于方位向的時間、空間及頻率域的多維波形編碼，所述方法包含：步驟101）發射陣通過相控策略發射若干中心角和載頻不同的窄波束信號，將發射的脈沖時寬分為若干個子脈沖，在不同子脈沖時間內利用發射波束形成策略控制波束指向使其照射不同子測繪帶；步驟102）將多通道接收陣接收到的各子測繪帶的多孔徑數據分別進行脈沖壓縮和方位向FFT，然后按照解模糊方法進行方位向空域濾波后，再采用成像算法進行聚焦成像。總之本發明專利技術的技術方案采用空間分集技術，可以在一個脈沖重復周期內獲得更多的方位向空間采樣，從而使測繪效率得到提高。本發明專利技術主要應用于水聲成像領域。

【技術實現步驟摘要】
一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法及系統
本專利技術屬于水聲成像和聲納信號處理領域。本專利技術設計了一種基于方位向多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法，該方法采用空間分集技術，可以在一個脈沖重復周期內獲得更多的方位向空間采樣，從而使測繪效率得到提高。具體涉及一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法及系統。
技術介紹
合成孔徑聲納(Synthetic Aperture Sonar:SAS)是一種先進的高分辨率水聲成像聲納，其基本原理是利用小孔徑基陣在方位向的移動形成虛擬大孔徑，通過對不同位置的聲納回波進行相干處理，從而獲得方位向的高分辨率。高分辨率成像聲納的成像效率是決定聲納能否實際應用的決定因素之一。比如，傳統的合成孔徑聲納在實際作業時，在一定的測繪帶寬(比如單側測繪帶寬為150米)要求下，由于受到聲納體積的限制(作業時接收陣陣長通常不能超過1.6米)，使得航行速度限制在6節以內。必須對傳統的高分辨率成像聲納體制進行改進，才能在小孔徑聲納約束下，在滿足測繪帶寬和成像分辨率的前提下，提高成像聲納的拖曳速度，滿足探測使命要求。在合成孔徑雷達(SAR)領域，為了提高星載合成孔徑雷達的測繪帶寬，突破傳統的距離和方位向模糊導致的測繪效率的極限，上世紀九十年代，提出了采用多相位中心的DPCA系統，僅在接收方面提高了接收孔徑，缺少提高發射功率來提高功率孔徑積的方法。隨著分辨率的提高，產生了一些新的技術，例如，分時發射信號，分時接收，對硬件系統的要求較低，但存在子脈沖與距離耦合的問題，影響了圖像的質量。因此，和合成孔徑聲納一樣，基于單發射的合成孔徑雷達系統也遇到了獲取高功率孔徑積和大信號帶寬的問題。近年來，多輸入多輸出即MMO技術逐漸受到重視，是解決功率孔徑積的約束和提高成像系統測繪效率的新途徑。本專利技術基于多發射陣的多維波形編碼SAR技術，同時利用了時間和空間維度獲取了高功率孔徑積，以及方位向多維編碼產生大的等效孔徑。本專利技術將多維波形編碼技術應用到合成孔徑聲納成像中，可以提高合成孔徑聲納的探測效率。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，為提高合成孔徑聲納的測繪效率，本專利技術提供了一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納方法及系統。為了實現上述目的本專利技術提供了一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法，該方法基于方位向的時間、空間及頻率域的多維波形編碼，所述方法包含:步驟101)發射陣通過相控策略發射若干中心角不同的窄波束信號，將發射陣發射的脈沖時寬分為若干個子脈沖，在不同子脈沖時間內利用發射波束形成策略控制波束指向使其照射不同子測繪帶；步驟102)成像處理單元將多通道接收陣接收到的各子測繪帶的多孔徑數據分別進行脈沖壓縮和方位向FFT，然后按照解模糊方法進行方位向空域濾波后，再采用成像算法進行聚焦成像。上述技術方案中，在各個子脈沖時間內，多個子孔徑同時發射信號，并通過相位加權控制波束指向使其照射不同的子測繪帶。上述技術方案中，所述解模糊算法采用靜態權向量解模糊算法，利用多個等效相位中心的空間信息進行解多普勒模糊?；谏鲜龇椒ū緦＠夹g還提供了一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像系統，該系統基于方位向多維波形編碼策略，所述系統包含:發射處理模塊，用于通過相控方法使發射陣同時發射若干中心角和載頻不同的窄波束信號，并將發射陣發射的脈沖時寬分為若干個子脈沖，在不同子脈沖時間內利用發射波束形成策略控制波束指向使其照射不同子測繪帶；成像處理模塊用于將多通道接收陣接收到各子測繪帶的多孔徑數據分別進行脈沖壓縮和方位向FFT，然后按照解模糊方法進行方位向空域濾波后，再采用成像算法進行聚焦成像。。上述技術方案中，所述發射處理模塊進步一包含:脈沖產生模塊，用于將脈沖時寬分為若干個子脈沖，產生若干個中心角和載頻不同的窄波束發射信號；相控子模塊，用于在不同子脈沖時間段內利用發射波束形成策略控制波束指向，使其照射不同子測繪帶。與現有技術相比，本專利技術的技術優勢在于:本專利技術將合成孔徑聲納的發射陣通過相控分別發射中心角為Θ i，…，Θ ^的窄波束信號，假設將脈沖時寬Tp分為L個子脈沖，每個子脈沖時間寬度為Tpl，不同子脈沖時間內利用發射波束形成控制波束指向使其照射不同子測繪帶。這種采用空間分集技術的成像方式可以在一個脈沖重復周期內獲得更多的等效相位中心，從而使測繪效率得到提高。【附圖說明】圖1為本專利技術所采用的方位向多維波形編碼后的發射陣發射信號的示意圖；圖2為本專利技術采用方位向波形編碼序列高分辨成像時接收端成像時的信號處理流程圖?！揪唧w實施方式】下面結合附圖，對本專利技術基于方位向多維波形編碼的合成孔徑聲納進行詳細的說明。一、首先，在發射端將合成孔徑聲納的發射陣通過相控分別發射中心角為Θ ”…，Θ ^的不同載頻的窄波束信號，并將發射陣發射信號對應的脈沖時寬Tp分為L個子脈沖，每個子脈沖時間寬度為Tpl，不同子脈沖時間寬度內利用發射波束形成控制波束指向使其照射不同子測繪帶。這種采用空間分集技術的成像方式可以在一個脈沖重復周期內獲得更多的等效相位中心，從而使測繪效率得到提高。如圖1所示，系統由相控發射陣和多通道接收陣構成，圖中以多維波形編碼信號三發多收為例。相控陣分別發射中心角為Q1，…，Θ,的不同載頻的窄波束信號，假設將發射脈沖時寬Tp分為L個子脈沖，每個子脈沖時間寬度為Tpl，不同子脈沖時間內利用發射波束形成控制波束指向使其照射不同子測繪帶。假設將脈沖時寬T分為L個子脈沖，每個子脈沖時間寬度為Tpl，不同子脈沖時間內利用發射波束形成控制波束指向使其照射不同子測繪帶，在第I個子脈沖時間內，多個子孔徑同時發射信號，通過相位加權控制波束指向使其照射第I個子測繪帶，發射信號可表示為:s (t) =A ( θ x) rect ((t_ Δ T1) /Tpl) exp (j2 n fcl (t_ Δ T1) +j n Y (t-Δ T1)2) (I)其中，其中Θ i為對應于第I個子測繪帶場景中心線的方位角，Δ T1=Tpl+…+Tpl 為第 I 個子脈沖延時，Α( Θ D=SinO Ld(sin Θ fsin θ )/2 λ 0/Sin(Jid(Sine1-Sine)^A1), y為調頻斜率；fd表示第I個子波束的載頻；d為接收陣子陣元之間的的距離，λ 1載頻對應的聲波波長。上述的多維是指空間，時間以及頻率三個維度。二、在接收端相應的信號處理流程圖如圖2所示，即將接收到的多孔徑數據經過脈沖壓縮，方位向FFT，然后按照下文所述的靜態權向量解模糊方法進行方位向空域濾波后，即可用合適的成像算法進行聚焦成像。具體描述如下:1、基于上述發射信號，在接收端第P號陣元接收的基帶信號可表示為:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法，該方法基于方位向的時間、空間及頻率域的多維波形編碼，所述方法包含：步驟101）發射陣通過相控策略發射若干中心角和載頻不同的窄波束信號，將發射的脈沖時寬分為若干個子脈沖，在不同子脈沖時間內利用發射波束形成策略控制波束指向使其照射不同子測繪帶；步驟102）成像處理單元將多通道接收陣接收到各子測繪帶的多孔徑數據分別進行脈沖壓縮和方位向FFT，然后按照解模糊方法進行方位向空域濾波后，再采用成像算法進行聚焦成像。

【技術特征摘要】
1.一種基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法，該方法基于方位向的時間、空間及頻率域的多維波形編碼，所述方法包含: 步驟101)發射陣通過相控策略發射若干中心角和載頻不同的窄波束信號，將發射的脈沖時寬分為若干個子脈沖，在不同子脈沖時間內利用發射波束形成策略控制波束指向使其照射不同子測繪帶； 步驟102)成像處理單元將多通道接收陣接收到各子測繪帶的多孔徑數據分別進行脈沖壓縮和方位向FFT，然后按照解模糊方法進行方位向空域濾波后，再采用成像算法進行聚焦成像。2.根據權利要求1所述的基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法，在各個子脈沖時間內，多個子孔徑同時發射信號，并通過相位加權控制波束指向使其照射不同的子測繪帶。3.根據權利要求1所述的基于多維波形編碼的合成孔徑聲納成像方法，其特征在于，所述解模糊算法采用靜態權向量解模糊算法，利用多個等效相位中心的空間信息...

【專利技術屬性】
技術研發人員：段江濤，黃勇，劉紀元，
申請(專利權)人：中國科學院聲學研究所，
類型：發明
國別省市：