合成孔徑聲納聚焦成像算法研究.pdf

1、合成孔徑聲納是一種新型高分辨水下成像聲納，其基本原理是利用小孔徑基陣的移動，通過對不同位置接收信號的相關(guān)處理，來獲得移動方向（方位方向）上較大的虛擬合成孔徑。合成孔徑技術(shù)相對于常規(guī)聲納技術(shù)的突出優(yōu)勢在于，它只利用小孔徑的物理聲陣，就可以得到與徑向距離和頻率都無關(guān)的高方位分辨率。該技術(shù)在衛(wèi)星雷達(dá)和機(jī)載雷達(dá)上均獲得了巨大成功。然而，合成孔徑聲納作為一種水下成像設(shè)備，受水下復(fù)雜條件的影響，有不同于合成孔徑雷達(dá)的特點。首先是聲傳播信道的非理想性

2、比合成孔徑雷達(dá)中電磁波傳播的嚴(yán)重；其次是聲納拖體的運動穩(wěn)定性比合成孔徑雷達(dá)要差得多；再者因為聲速大大低于電磁波在空間的傳播速度，從而大大限制了拖體的運動速度。低的船速加上潮汐和水流的影響將會導(dǎo)致聲納大幅度的偏離所需的軌跡。所以要使合成孔徑技術(shù)實用于聲納必須克服以上幾個困難。通過解決其關(guān)鍵技術(shù)（提高成象分辨率和進(jìn)行相位誤差補償）來提高它的實用性，充分發(fā)揮合成孔徑聲納低成本、高分辨率的優(yōu)越性能。 本文首先詳細(xì)介紹了合成孔徑技術(shù)的基本

3、原理，討論了聚焦式合成孔徑聲納的工作方式，分析了合成孔徑聲納的方位分辨率和距離分辨率，然后對聚焦式SAS常用的幾種成像算法進(jìn)行了論述。 目標(biāo)點成像分辨率的提高是SAS成像領(lǐng)域的一個重要課題。在常用的聚焦式SAS成像算法的方位和距離壓縮處理中，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉變換，由于在二維頻域上信號寬度有限，使得時域信號在二維上的包絡(luò)表現(xiàn)為兩個Sinc函數(shù)的乘積，旁瓣干擾較為嚴(yán)重。因此成像后處理中的旁瓣抑制技術(shù)對于目標(biāo)點成像質(zhì)量的提高有

4、著重要的意義。本文將介紹一種提高事后成像場景的自適應(yīng)算法——空間變跡法，空間變跡法（SVA）作為一種超分辨率圖像處理技術(shù)，能夠在抑制旁瓣的同時保持良好的主瓣分辨率。將空間變跡法引入合成孔徑聲納成像，比傳統(tǒng)的加窗處理能獲得更好的成像效果。本文對標(biāo)準(zhǔn)空間變跡法進(jìn)行了推廣，提出了非標(biāo)準(zhǔn)奈奎斯特采樣率下的通用算法，然后使用迭代外推法對其進(jìn)行了改進(jìn)，并在聚焦式SAS的一維和二維成像處理中進(jìn)行了應(yīng)用，獲得了較好的旁瓣抑制效果和目標(biāo)成像質(zhì)量的提高。文