[发明专利]一种基于相控发射和聚束成像的水下目标探查方法

说明书

本发明公开了一种基于相控发射和聚束成像的水下目标探查方法，该方法包括如下步骤：利用相控发射技术对待探查测绘带进行探测，利用俯仰向多发射阵列获取与多个子测绘带一一对应的回波信号；将回波信号从空间域分开并进行解距离模糊，得到不模糊的子测绘带；对不模糊的子测绘带的回波信号进行成像处理，分析存在可疑目标的图像得到待精细查证的子测绘带；对待精细查证的子测绘带进行滑动聚束合成孔径成像，以实现对水下目标的精细查证。

技术领域

本发明属于水下探测领域，具体涉及一种基于相控发射和聚束成像的水下目标探查方法。

背景技术

侧扫声纳亦称“旁侧声纳”或“海底地貌仪”。利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体的设备。其换能器阵装在船壳内或拖曳体中，走航时向侧下方发射扇形波束的声脉冲。波束平面垂直于航行方向，沿航线方向束宽很窄，以保持较高分辨率；垂直于航线方向束宽较宽，以保证一定的扫描宽度。工作时发射出的声波投射在海底的区域呈长条形，换能器阵接收来的自照射区各点的反向散射信号，经放大、处理和记录，在记录纸上显示出海底的图像。波束侧扫声纳是传统的单波束侧扫声纳的升级改进，它在沿方位向形成多个平行的波束，最大航速可提高到单波束侧扫的M倍，M为形成波束的个数。但它的方位分辨率会随着距离的增加变差。

合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar，简称SAS)是一种水下高分辨率的成像设备，其基本原理是利用小孔径基阵的移动来合成虚拟大孔径；之后通过将孔径收集到回波数据以一定的方式高效地相干叠加即可得到方位向的高分辨率。根据小孔径基阵的移动方式的不同，它一般可分为条带式、聚束式、滑动聚束式等成像方式。其中，条带式合成孔径成像的探测效率相比聚束式合成孔径成像要高；而聚束式合成孔径成像通过不断改变波束指向,使波束持续指向同一成像区域,因此可以获得比条带模式更长的合成孔径长度,其方位向分辨率仅取决于波束方位向转角积累和声波波长,且不受方位向天线尺寸的限制,相比于波束指向固定的SAS系统,聚束模式能够获取更高的方位向分辨率；另外聚束式成像可以在一次航行过程中对目标进行多视角成像，有利于目标的检测和识别，然而聚束式成像其计算较复杂，且计算费时，并不适用于大范围的成像识别。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于相控发射和聚束成像的水下目标探查方法，其利用俯仰向多发射阵列获取与多个子测绘带一一对应的回波信号，分析回波信号得到不模糊的子测绘带并进行成像处理，得到待精细查证的子测绘带，对待精细查证的子测绘带进行滑动聚束合成孔径成像，以实现对水下目标的精细查证，并提高水下目标的探查效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于相控发射和聚束成像的水下目标探查方法，该方法包括如下步骤：

利用相控发射技术对待探查测绘带进行探测，利用俯仰向多发射阵列获取与多个子测绘带一一对应的回波信号；将回波信号从空间域分开并进行解距离模糊，得到不模糊的子测绘带；

对不模糊的子测绘带的回波信号进行成像处理，分析存在可疑目标的图像得到待精细查证的子测绘带；

对待精细查证的子测绘带进行滑动聚束合成孔径成像，即子孔径回波信号经过斜视ωk算法处理变换到子孔径回波信号的二维频域，进行方位频域Scaling和方位逆傅里叶变换得到方位数据频域，根据子孔径划分时的重叠率进行子孔径拼接得到方位全孔径数据；对方位全孔径数据去旋转和脉压得到方位全孔径脉压数据，对方位全孔径脉压数据进行方位向逆傅里叶变换得到SAS图像，以实现对水下目标的精细查证。

作为本发明的进一步改进，俯仰向多发射阵列为俯仰方向设置的N个天线阵元，第n个天线阵元坐标为(X₀,Y_n,Z₀)，