本發(fā)明屬于前視聲納，具體涉及一種多正交發(fā)射前視聲納，用于提高前視聲納分辨率，或減少接收通道數(shù)和系統(tǒng)復(fù)雜性。

背景技術(shù)：

前視聲納是一種常用的圖像聲納，主要用于獵雷、側(cè)掃聲納的補(bǔ)盲和避碰。如圖1所示，它一般由方位向?qū)挷ㄊl(fā)射的單發(fā)射陣和多個(gè)陣元接收陣(示意圖中陣元數(shù)為8)，采用波束形成的方法形成多個(gè)束寬很窄的接收波束。前視聲納具有分辨率高(方位束寬低至0.5度)，單次發(fā)射脈沖即可得到測(cè)繪場(chǎng)景圖像的優(yōu)點(diǎn)。但也存在接收通道數(shù)多(國(guó)際上先進(jìn)的前視聲納有200個(gè)通道左右)；設(shè)備復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種多正交發(fā)射前視聲納，本發(fā)明為了不增加通道數(shù)和接收陣孔徑前提下，提高前視聲納方位分辨率的技術(shù)；或者在給定分辨率前提下，減少接收陣元和接收通道個(gè)數(shù)的技術(shù)。

本發(fā)明涉及一種多正交發(fā)射前視聲納，該前視聲納有兩個(gè)或兩個(gè)以上沿接收陣方向相位中心不同的發(fā)射陣，各發(fā)射陣發(fā)射相互正交的波形。

在上述技術(shù)方案中，各接收通道的信號(hào)分別對(duì)不同的正交發(fā)射信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮，將不同發(fā)射陣發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分離。

在上述技術(shù)方案中，將分離后的信號(hào)，按發(fā)射陣和接收陣元等效相位中心排列，形成合成接收陣。

在上述技術(shù)方案中，通過合理設(shè)計(jì)發(fā)射陣和接收陣的橫向相對(duì)位置，使得前視聲納，發(fā)射陣和接收陣元等效相位中心均勻排列。

附圖說明

圖1單發(fā)射陣前視聲納示意圖；

圖2雙發(fā)射陣前視聲納示意圖；

圖3多發(fā)射陣前視聲納示意圖。

具體實(shí)施方式

為了表述清楚，首先引入相位中心概念。如圖1所示單發(fā)射陣和8個(gè)接收陣的前視聲納。過發(fā)射陣和接收陣垂直方向的水平線(與接收陣平行)稱為中心水平線。假定發(fā)射陣和接收陣垂直方向的間隔為d，那么發(fā)射陣和接收陣各陣元的縱坐標(biāo)分別為d/2和-d/2，向上的方向?yàn)榭v坐標(biāo)正方向。

相位中心在中心水平線上，位于發(fā)射陣中心和接收陣元中心的中點(diǎn)，其橫坐標(biāo)為發(fā)射陣中心和接收陣元中心橫坐標(biāo)和的一半。相位中心的孔徑為陣長(zhǎng)的一半，假定接收陣陣元間隔為d，陣元數(shù)個(gè)數(shù)為n，接收陣的孔徑為n·d，那么相位中心的孔徑為n·d/2。圖1給出了單發(fā)射陣情形下8個(gè)相位中心。

本發(fā)明采用兩個(gè)或兩個(gè)以上沿接收陣方向相位中心不同的發(fā)射陣，各發(fā)射陣發(fā)射同時(shí)發(fā)射相互正交的波形。波形正交是指互相關(guān)系數(shù)遠(yuǎn)小于自相關(guān)系數(shù)的信號(hào)，可以按照申請(qǐng)?zhí)枮?00510019579.7，專利名稱為合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，以及申請(qǐng)?zhí)枮?00610125342.1，專利名稱為單接收陣合成孔徑聲納干涉測(cè)量方法中的波形正交方法處理。

以8個(gè)接收陣元數(shù)、雙正交發(fā)射前視聲納具體說明本專利的技術(shù)方案。

如圖2所示。各陣元接收的信號(hào)分別對(duì)不同的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮，對(duì)于雙發(fā)射陣來說，各接收陣元信號(hào)對(duì)左發(fā)射波形進(jìn)行脈沖壓縮，得到8個(gè)輸出，然后各接收陣元信號(hào)對(duì)右發(fā)射波形進(jìn)行脈沖壓縮，得到8個(gè)輸出，左右共16個(gè)信號(hào)。

為了保證合成接收陣的均勻性，要求相位中心均勻分布，即相鄰相位中心的間隔相等。以陣的水平對(duì)稱線為橫坐標(biāo)零點(diǎn)，中心水平線為坐標(biāo)正方向，左發(fā)射陣相位中心橫坐標(biāo)為-8·d/2，右發(fā)射陣相位中心的橫坐標(biāo)為8·d/2，兩發(fā)射陣間隔為8·d，不難看出合成接收陣滿足均勻性要求，且合成陣水平對(duì)稱軸與接收陣水平對(duì)稱軸重合。

左發(fā)射陣和接收陣元的相位中心如圖2左邊8個(gè)圓圈所示，右發(fā)射陣和接收陣元的相位中心如圖2右邊8個(gè)圓圈所示。將左右16個(gè)脈沖壓縮后的結(jié)果相位中心按位置排列，得到16個(gè)陣元的合成接收陣。這16個(gè)脈沖壓縮的結(jié)果為合成接收陣16個(gè)陣元的信號(hào)。

得到16個(gè)陣元的合成接收陣信號(hào)后，按常規(guī)波束形成方法，形成多波束。

雙正交發(fā)射合成接收陣的孔徑是單發(fā)射的兩倍，分辨率提高一倍(數(shù)值減半，數(shù)值越小分辨率越高)。接收陣孔徑?jīng)]有變化，發(fā)射陣孔徑與接收陣基本相同。因此該技術(shù)對(duì)空間有限的場(chǎng)合有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

在滿足合成接收陣均勻性要求條件下，m個(gè)正交發(fā)射前視聲納合成接收陣孔徑是單發(fā)射陣接收陣孔徑的m倍，而分辨率與接收陣的孔徑成反比，因此分辨率提高m倍。但是接收通道數(shù)和接收陣尺寸沒有增加。這是本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但代價(jià)是發(fā)射系統(tǒng)復(fù)雜性略有增加，遠(yuǎn)比接收通道增加一倍的代價(jià)小，且接收陣孔徑?jīng)]有增加。

以上已經(jīng)給出了8個(gè)接收陣元、雙正交發(fā)射的具體實(shí)施方式，再列舉兩個(gè)具體實(shí)施方式。

實(shí)施例1

本實(shí)施例子為8個(gè)接收陣元數(shù)、三正交發(fā)射前視聲納

其收發(fā)陣、等效相位中心和合成接收陣如圖3所示，其合成接收陣陣元數(shù)24個(gè)，相位中心的孔徑為單發(fā)射的3倍，分辨率是單發(fā)射陣的3倍。

假定接收陣陣元間隔為d，沿中心水平線方向，為坐標(biāo)正方向，等效相位中心均勻分布：相鄰發(fā)射陣的間隔為8·d，三發(fā)射陣最大間隔為16·d。相位中心孔徑是單發(fā)射的三倍，三正交發(fā)射陣陣長(zhǎng)近似為接收陣的2倍。

等效相位中心對(duì)稱軸與接收陣重合條件是：以陣的水平對(duì)稱線為零點(diǎn)，三個(gè)發(fā)射陣中心的橫坐標(biāo)分別為-8·d,0,8·d。

實(shí)施例2

本實(shí)施例為n個(gè)陣元數(shù)，m個(gè)正交發(fā)射陣前視聲納

合成接收陣陣元數(shù)是m·n，相位中心的孔徑是單發(fā)射m倍，分辨率是單發(fā)射陣的m倍。

假定接收陣陣元間隔為d，使得相位中心空間均勻分布的規(guī)律是(1)相鄰兩發(fā)射陣間隔為n·d，(2)發(fā)射陣最大間隔為m-1倍的接收陣長(zhǎng)，即(m-1)·n·d。

在中心水平線方向上，如果希望等效相位中心的水平對(duì)稱軸與接收陣水平對(duì)稱軸重合，發(fā)射陣的水平對(duì)稱軸也應(yīng)與接收陣對(duì)稱軸重合。以陣的水平對(duì)稱線為零點(diǎn)，沿中心水平線方向，為坐標(biāo)正方向，左發(fā)射陣相位中心的坐標(biāo)為-(m-1)·n·d/2，右發(fā)射陣相位中心的坐標(biāo)為(m-1)·n·d/2，第i個(gè)陣元的橫坐標(biāo)為-(m-1)·n·d/2+(i-1)·n·d，i＝1,...,m。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種多正交發(fā)射前視聲納，該前視聲納采用兩個(gè)或多個(gè)相位中心不同的發(fā)射陣，發(fā)射相互正交信號(hào)，M個(gè)正交發(fā)射信號(hào)合成接收陣孔徑是單發(fā)射陣孔徑的M倍。采用該前視聲納，在陣尺寸給定的條件下，可有效地提高前視聲納成像分辨率，在給定分辨率的條件下，可減小接收陣尺寸和通道數(shù)，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。

技術(shù)研發(fā)人員：唐勁松;吳浩然;鐘何平;田振;丘昌鎮(zhèn);張森;徐魁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.17
技術(shù)公布日：2017.08.11