[发明专利]一种水下目标信号散射的仿真方法

说明书

本发明公开了一种水下目标信号散射的仿真方法，包括如下步骤：1、建立系统物理模型，设定成像背景区域的长宽，将目标物置于成像背景区域，将整个成像背景区域分成多个板块元；模拟采用面阵换能器阵列，发射正弦波信号；2、发射信号后，计算获得回波信号数据；3、对接收的不同回波信号进行预处理；4、得到回波数据后，显示目标图像。本发明基于声波在水中传播时良好的稳定性，采用仿真方式获取目标物的回波数据；把整个成像区域分割成若干板块元，提高了成像的分辨率。采用延时叠加聚焦处理回波数据，使各阵元期望信号能够同相叠加，提高了输出信噪比。利用对数压缩，增强了图像显示强度，最后经过灰度映射呈现出较高分辨率的目标图像。

技术领域

本发明涉及超声成像领域，尤其涉及一种水下目标信号散射的仿真方法。

背景技术

水面积占地球总面积的百分之七十，水底资源的巨大潜力使其战略地位越来越重要。世界各国都致力于各种水底探测技术的研究，其中水下成像是水下探测的重要前提之一。目前在许多领域，光成像与电磁波成像技术运用较多，技术也相对成熟，但与一般陆地环境相比，水下环境更为复杂。无线电波与光波在水介质中传播时衰减严重，无法长距离传播，故光成像与电磁波成像技术很难在水下得到应用。声学成像可克服水下环境复杂的问题，由于声波在水下传播时的稳定性更高，适应性更强，因此声学成像在水下成像中优势更大，并且声波在水下传播衰减较少，能够满足水下远距离成像的要求。水下资源开发的需求使得水下声学成像技术飞快发展，当前的许多成像技术的成像效果不够理想，因此研究水下声学成像极具有意义。

声学成像是指将信息通过声波传输，当前各种声学成像设备的工作原理是利用主动声纳发射声波，声波在碰到目标物体后会反射回来回波信号，对接收到的回波信号进行相关处理得到图像。声学成像技术应用范围很广，医学上的B超、CT；军事上的前视声纳、侧扫声纳；民用上的水下沉物探测、工业探伤等都是其具体应用。

随着水下成像技术的发展，越来越多的成像方法被提出，如蒋剑等采用球面阵对水下目标成像，将经延时处理后的回波数据进行FFT变化，提出基频波幅值，对幅值重组获得目标图像；刘德铸通过建立水下波束散射模型实施模拟了水声信号，计算目标物体与成像声呐之间延迟时间与延迟相位，用成像声呐对模拟所得信号进行成像；李宏升等利用投影输出二维正弦光强对水下目标照射，再利用高速高清摄像机采集光照下的水下目标，通过计算机软件对图像处理，可以实现水下静态与动态目标的三维成像以及模式识别。李德来通过超声换能器模块以及超声相控阵控制模块测得目标物德尺寸以及距离，根据多普勒成像原理实现虚拟影像的显示。李学龙等利用数字微镜将目标信号进行压缩感知测量，然后对信号采样以及消元，把不同距离回波信号在时序上细分，最后完成图像重构，可实现远距离成像；秦华伟等根据回波亮点模型理论提出了一种针对刚性球以及柔性球声学成像和探测的方法；曾文兵在其硕士论文中针对水下成像系统成像速度慢的问题，引入压缩感知技术处理数据，设计了一种优化的压缩感知方法，减少了系统采样数并提高了成像质量；韩平丽在其博士论文中提出了一种光学水下偏振成像方法，该方法利用采集到的偏振态正交子图像间的相关性，获得最佳偏振子图像，以此降低噪声，提高了成像质量。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高分辨率的水下目标回波特性仿真方法，该方法基于声学散射特性，能够在水下近场条件下，可靠有效地实现目标物结构成像。

技术方案：一种水下目标信号散射的仿真方法，包括如下步骤：

步骤1、建立系统物理模型，设定成像背景区域的长宽，将目标物置于成像背景区域，将整个成像背景区域分成多个板块元；模拟采用面阵换能器阵列，发射正弦波信号；优选采用大小相同的正方形板块元；

步骤2、发射信号后，计算获得回波信号数据；

步骤3、对接收的不同回波信号进行预处理；

步骤4、得到回波数据后，显示目标图像。