[发明专利]一种基于MVDR的下视合成孔径三维成像方法及系统

权利要求书

1.一种基于MVDR的下视合成孔径三维成像方法，所述方法包括：

根据声纳系统工作参数计算声纳回波数字信号，对声纳回波数字信号进行深度向脉冲压缩处理，获得深度向压缩后信号；

对深度向压缩后信号进行沿航向合成孔径处理，同时实现跨航向的相位补偿，由此获得成像信号；

在空域上将跨航向合成孔径划分成若干个子阵，计算成像信号在跨航向的每个子阵的MVDR波束形成的加权因子，由此计算跨航向波束形成，形成最后的三维图像；

所述根据声纳系统工作参数计算声纳回波数字信号，对声纳回波数字信号进行深度向脉冲压缩处理，获得深度向压缩后信号；具体包括：

步骤1-1)下视合成孔径声纳沿y方向以速度v匀速直线航行，则第m个接收阵元的位置(x_m,y_R,0)：

其中，0≤m≤M-1，M为接收阵元的个数；L表示接收阵孔径，y表示接收阵所在的沿航向坐标值；η表示沿航向基阵运动的慢变时间，v表示运动速度；

发射阵元的位置为(0,y_T,0)，y_T＝y_R+t2r；采用等效相位中心(X_m,Y,0)表示接收阵第m个阵元的位置：

其中，t2r表示发射阵与接收阵所在的xOz之间的距离；

步骤1-2)计算等效相位中心(X_m,Y,0)与水下三维场景中目标点T＝(x₀,y₀,z₀)的距离R_m为：

由此得到下视合成孔径声纳各接收阵元的时延τ＝2R/c，c为声速；

步骤1-3)采用线性调频信号的声纳发射信号为：

其中f表示载波频率，K_r表示线性调频信号的调频率，T_r为脉冲宽度，t_k表示第k个时域采样时刻；

经目标反射后的回波信号经过解调后表示为：

其中，σ表示回波信号幅度；

步骤1-4)对回波信号进行深度向脉冲压缩处理，获得深度向压缩后信号ee_m(t_k,y)：

ee_m(t_k,y)＝A_rsinc[K_rT_p(t_k-2R_m/c)]·exp(-j4πfR_m/c) (7)

其中，T_p表示LFM脉冲信号的脉冲宽度；A_r表示目标散射强度。

2.根据权利要求1所述的基于MVDR的下视合成孔径三维成像方法，其特征在于，所述对深度向压缩后信号进行沿航向合成孔径处理，同时实现跨航向的相位补偿，由此获得成像信号；具体包括：

步骤2-1)计算每个像素点每个阵元的时延参数Δt_m,i：

其中，i表示第i个像素点；(x_i,y_i,z_i)为第i个像素点的坐标值；

步骤2-2)沿航向合成孔径成像处理表达式为：

其中，方位向慢变时间η＝p_η×prt，prt表示脉冲重复周期，P表示第i个像素点声波照射的脉冲个数。