本發(fā)明涉及合成孔徑聲納成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同向雙基地多波束合成孔徑聲納的快速時域成像方法。

背景技術(shù)：

2002年美國人Steven R,Borchardt,Vienna等向美國專利局申請了發(fā)明設(shè)想專利，在國際上首次提出多波束合成孔徑聲納的初步設(shè)想。在國內(nèi)，哈爾濱工程大學對多波束合成孔徑聲納技術(shù)研究并陸續(xù)發(fā)表了多篇文獻。不過這些多波束合成孔徑聲納的模型都是單基地形式的，在成像區(qū)域、隱蔽性等方面都收到一定的限制。

目前單基地多波束合成孔徑聲納原理研究主要采用時域分析法，時域分析法關(guān)注于參考點距離歷史的研究，難以體現(xiàn)空間中不同散射點距離歷史的差異，在分析過程中存在大量的近似處理，難以對雙基地多波束合成孔徑聲納成像機理進行精確地描述和分析。

在多波束合成孔徑聲納成像算法中，時域的成像算法最為準確。逐點成像算法的主要思想是在時域?qū)δ繕说幕夭ㄐ盘栠M行相干處理，以達到聚焦的目的。在算法的具體處理過程中，首先對多波束合成孔徑聲納各個波束內(nèi)回波進行壓縮，計算不同目標點到接收陣列載體平臺的回波延時，根據(jù)計算出的回波延時信息將回波數(shù)據(jù)投影到圖像域，對不同目標點處進行相干累加，并結(jié)合波束角度信息計算深度，最后得到最終成像結(jié)果。由于算法進行逐點成像，因此可以適用于任意幾何構(gòu)型的運動形式。逐點成像算法是依次對每一個像素點進行處理，能夠精確的重建場景，但是會帶來巨大的運算量，因此該算法不能用于實時較強的成像處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)單基地多波束合成孔徑聲納成像區(qū)域固定、探測海底信息單一、隱蔽性差、成本較高的不足，而提供一種同向雙基地多波束合成孔徑聲納的快速時域成像方法，該方法包括以下步驟：

步驟(1)：構(gòu)建雙基地多波束合成孔徑聲納的模型；

步驟(2)：進行雙基地多波束合成孔徑聲納的運動模式分類，分析雙基地多波束合成孔徑聲納的回波距離歷史，獲得各散射點散射系數(shù)在圖像空間的分布；

步驟(3)：利用快速因式分解逐點成像算法來處理雙基地多波束合成孔徑聲納的成像。

所述步驟(1)具體是將多波束合成孔徑聲納的發(fā)射機與接收機分置于兩個不同運動平臺上，控制其獲得不同的速度。

所述步驟(2)具體步驟為：

(1)雙基地多波束合成孔徑聲納的發(fā)射陣列和接收陣列分別置于不同運動平臺上，其幾何關(guān)系可以分為四種即等速同向、等速異向、異速同向以及異速異向四種模式；

(2)構(gòu)建雙基地多波束合成孔徑聲納的回波信號模型，聲納平臺垂直向斜下方發(fā)射線性調(diào)頻信號為：

其包絡(luò)對應(yīng)的頻域表達式為：

其中：ω₀是信號的中心角頻率，μ是調(diào)頻斜率，T_p是信號的脈寬，rect(t/T_p)定義如下：

(3)選定接收基陣的中間基元為參考基元，假定成像區(qū)域中存在某一確定點目標(r_m,y_m,z_m)，則參考基元接收的回波信號基帶形式為：

其中：

(4)對距離向各接收陣元所接收的回波信號按球面波擴展進行時延波束形成,之后進行匹配濾波，可以得到第i個通道的成像結(jié)果：

假設(shè)一共有n個通道，則雙基地多波束合成孔徑聲納的成像結(jié)果可以表示為：

所述步驟(3)具體步驟為：

(1)在接收陣列每個波束內(nèi)，從航跡向上將距離壓縮后的回波分解為若干回波子塊；

(2)每一塊數(shù)據(jù)依次讀入內(nèi)存，然后引入子孔徑判斷，選取最佳子孔徑數(shù)目；(3)利用Markov隨機場模型對包括同一目標的子孔徑圖像進行識別；通過相互疊加恢復(fù)各目標點應(yīng)有的波數(shù)帶寬；

(4)對每一塊數(shù)據(jù)進行上述算法處理，得到對應(yīng)的若干幅子塊數(shù)據(jù)；

(5)最后將所有的數(shù)據(jù)累加得到最終的數(shù)據(jù)結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明相對于單基地多波束合成孔徑聲納來說，成像區(qū)域靈活，探測海底信息豐富，隱蔽性強。從成像算法上來說，可以減少低級子孔徑航跡向采樣點數(shù)，降低子圖像分辨率低，逐漸向上進行子孔徑合成，提高分辨率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙基地多波束合成孔徑聲納兩種運動形式示意圖。

圖2為本發(fā)明雙基多波束合成孔徑聲納幾何回波模型示意圖，其中：

(a)等速同向幾何回波模型； (b)等速異向幾何回波模型

(c)異速同向幾何回波模型； (d)異速異向幾何回波模型。

圖3為本發(fā)明方法流程圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例和附圖1-3對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明的實施例是為了更好地使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并不對本發(fā)明作任何的限制。

實施例：

為克服單基地多波束合成孔徑聲納成像區(qū)域固定、探測海底信息單一、隱蔽性差、成本高的不足，本發(fā)明提供了一種同向雙基地多波束合成孔徑聲納的快速時域成像方法，參見圖1、圖2和圖3，詳見下文描述：

1、構(gòu)建雙基地多波束合成孔徑聲納的模型：

多波束合成孔徑聲納的發(fā)射機與接收機分置于兩個不同運動平臺上，控制其獲得不同的速度。收發(fā)換能器分置,能提高隱蔽性、使成像區(qū)域更靈活，能探測到更豐富的海底信息，降低系統(tǒng)成本。若發(fā)射機的速度矢量與接收機的速度矢量相等，該平臺為平移結(jié)構(gòu)；若兩個速度矢量不相等，為移變結(jié)構(gòu)，如圖1所示。由于雙基地合成孔徑聲納系統(tǒng)發(fā)射機與接收機置，與單基地多波束合成孔徑聲納相比，平臺關(guān)系更加靈活，具有更加豐富的空間、運動資源。

2、進行雙基地多波束合成孔徑聲納的運動模式分類，在此基礎(chǔ)上分析雙基地多波束合成孔徑聲納的回波距離歷史，獲得各散射點的散射強度在圖像空間的分布：

該步驟具體包括步驟1011-1014，詳見下文描述：

1011：雙基地多波束合成孔徑聲納的發(fā)射陣列和接收陣列分別置于不同運動平臺上，其幾何關(guān)系可以分為四種即等速同向、等速異向、異速同向以及異速異向四種模式，如圖2所示；

1012：設(shè)雙基地多波束合成孔徑聲納的回波信號模型如圖3所示。聲納平臺垂直向斜下方發(fā)射線性調(diào)頻信號為：

其包絡(luò)對應(yīng)的頻域表達式為：

其中ω₀是信號的中心角頻率，μ是調(diào)頻斜率，T_p是信號的脈寬，rect(t/T_p)定義如下：

1013：選定接收基陣的中間基元為參考基元，假定成像區(qū)域中存在某一確定點目標(r_m,y_m,z_m)，則參考基元接收的回波信號基帶形式為：

其中

1014：對距離向各接收陣元所接收的回波信號按球面波擴展進行時延波束形成,之后進行匹配濾波，可以得到第i個通道的成像結(jié)果：

假設(shè)一共有n個通道，則雙基地多波束合成孔徑聲納的成像結(jié)果可以表示為：

雙基地多波束合成孔徑聲納的成像處理可看作利用空間中不同散射點回波形式的差異，這樣就可以按照以上方法來獲得各散射點散射系數(shù)在圖像空間的分布。

3、利用快速因式分解逐點成像算法來處理雙基地多波束合成孔徑聲吶的成像：包括結(jié)合Markov隨機場模型進行有效子孔徑判斷，選取最佳子孔徑數(shù)目；對每一塊數(shù)據(jù)進行上述算法處理，得到對應(yīng)的若干幅子塊數(shù)據(jù)；最后將所有的數(shù)據(jù)累加得到最終的數(shù)據(jù)結(jié)果。

該步驟具體包括步驟1021-1025，詳見下文描述：

1021：在接收陣列每個波束內(nèi)，從航跡向上將距離壓縮后的回波分解為若干回波子塊；

1022：每一塊數(shù)據(jù)依次讀入內(nèi)存，結(jié)合Markov隨機場模型進行有效子孔徑判斷，選取最佳子孔徑數(shù)目；

1023：利用Markov隨機場模型對包括同一目標的子孔徑圖像進行識別，通過相互疊加恢復(fù)各目標點應(yīng)有的波數(shù)帶寬；

1024：對每一塊數(shù)據(jù)進行上述算法處理，得到對應(yīng)的若干幅子塊數(shù)據(jù)；

1025：最后將所有的數(shù)據(jù)累加得到最終的數(shù)據(jù)結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種同向雙基地多波束合成孔徑聲納的快速時域成像方法。傳統(tǒng)單基地多波束合成孔徑聲納的成像區(qū)域通常處于平臺運動方向的下方，而雙基地多波束合成孔徑通過收發(fā)平臺之間的協(xié)作和垂直航跡向波束劃分，與成像區(qū)域形成不同的空間位置關(guān)系，具備更加靈活的成像區(qū)域，包括相對于接收機位置的下方、側(cè)方以及后方的目標區(qū)域成像。在雙基地多波束合成孔徑聲納系統(tǒng)中，由于收發(fā)平臺分置，因此可以選取適宜的波束角度去獲取更加豐富的海底信息，從而有利于對敏感區(qū)域的探測。雙基地多波束合成孔徑聲納可以將發(fā)射平臺安置于距離待測區(qū)域較遠的位置，而將接收平臺安置在待測區(qū)域附近。在這種模式下，由于接收機處于接收狀態(tài)，不發(fā)射聲波信號，其隱蔽性較強。

應(yīng)當理解的是，這里所討論的實施方案及實例只是為了說明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。