[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

说明书

本发明公开了一种基于MVDR的下视合成孔径三维成像方法及系统，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。本发明提出的基于MVDR下视合成孔径高分辨成像方法，可有效的提高下视合成孔径成像声纳跨航向成像分辨率。

技术领域

本发明涉及成像声纳系统领域，特别涉及一种基于MVDR的下视合成孔径三维成像方法及系统。

背景技术

下视合成孔径三维成像技术是一种基于合成孔径技术新的三维成像体制，该技术不仅具有与传统侧视合成孔径成像声纳的方位向的高分辨率，并具有目标深度向测量的能力。该成像体制在声波传播方向(深度向)和方位向(沿航向)可以通过脉冲压缩和合成孔径技术获得高分辨成像，但跨航向分辨能力受到接收阵长度的限制，通过增加跨航向接收阵的长度可以有效提高跨航向分辨率，但其系统实现的难度、复杂度和成本均会急剧增加。

发明内容

本发明的目的在于：针对下视合成孔径三维成像声纳跨航向成像分辨率受到物理孔径约束，分辨率难以提高的问题，提出了一种基于MVDR处理技术的高分辨下视合成孔径三维成像方法，该方法的跨航向成像分辨率获得了明显的提高，改善了跨航向成像质量。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于MVDR的下视合成孔径三维成像方法，该方法包括：

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。

作为上述方法的一种改进，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；

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：