[发明专利]一种合成孔径声纳快速实时成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声工程中的合成孔径声纳技术领域，具体涉及一种合成孔径声纳的成像方法。

背景技术

合成孔径声纳是一种21世纪海洋高新技术，它利用小孔径基阵的直线运动虚拟出大孔径基阵，从而获得与信号频率和作用距离无关的高分辨探测能力，在海洋军事领域被广泛应用于探雷、航道测绘和情报侦察。现代海战形态正加速向信息化、数字化演变，战机稍纵即逝，因此合成孔径声纳必须具备远距离、大场景、高分辨率快速实时成像的能力。

在合成孔径声纳领域，延时求和是一种理论最优算法，它通过计算像素点到其对应虚拟孔径上每个空间采样点的声程，获得像素点回波的传播延时曲线，然后对回波逐线求和完成虚拟孔径的合成处理。不同方位像素点对应的虚拟孔径不同，而运动误差对回波引入的延时误差与阵元空间采样点在虚拟孔径中的方位位置有关。因此，采用逐点延时求算法对不同方位像素点成像时，阵元在同一空间位置采集的回波需要不同相移才能精确补偿运动误差的影响，运动补偿的计算量非常大，难以满足实时成像的要求。

一种改进的方法是进行孔径分段补偿，即在一定长度的子孔径段内，近似认为阵元运动误差引入的延时误差相同，一次补偿可参与多个方位向像素点对应虚拟孔径的合成处理。例如子孔径由N个阵元组成，则回波数据运动补偿结果可用于相邻的N个虚拟孔径，从而可以将运动补偿的计算量降低N倍。在实际应用中，为保证最终成像质量，子孔径不易划分过大，因此这种改进方法虽然一定程度提高了孔径合成处理的速度，但仍难以满足远距离、大场景、高分辨率实时成像的要求。

为保证高分辨率，合成孔径声纳处理的数据量非常大，对处理器的速度要求较高。尤其是在远距离、大场景的条件下，基于单处理器的串行处理方法很难满足实时性的要求，而基于多处理器的并行处理方法是解决这一问题的有效途径。为控制数据接口规模，节约成本，多子阵合成孔径声纳通常采用流水线并行处理。流水线并行处理将任务串行分配，数据通信仅发生在相邻子任务，且数据传输可以完全异步进行，具有数据接口规模小、工程应用简单的优点。由于串行分发数据，流水线规模易受到数据传输量的限制。传统延时求和算法通过累积原始回波数据形成虚拟孔径，各处理单元间数据传输量较大，数据传输占用时间较长，流水线处理规模受到限制，难以满足远距离、大场景、高分辨率合成孔径声纳快速实时成像的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种成像精确、计算量小和便于大规模流水线处理的合成孔径声纳成像方法，能够实现对远距离、大海底场景的高分辨率快速实时成像。

本发明为解决技术问题采取的技术方案：一种合成孔径声纳快速实时成像方法，该方法利用阵元单个空间采样点所采集回波数据的反向传播结果，与缓存的过程图像相干叠加，实现快速实时合成孔径处理，其具体步骤为：