[发明专利]一种基于解卷积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解卷积的下视合成孔径三维成像方法及系统，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，获得柱坐标系下的深度向压缩后信号；对深度向压缩后信号进行时延成像处理，获得下视合成孔径三维成像结果；对所获得的三维成像结果进行解卷积处理，获取最终的三维成像结果。本发明在柱坐标系下实现下视合成孔径三维成像，通过解卷积处理能够获得较高的成像分辨率。

技术领域

本发明涉及成像声纳系统领域，特别涉及一种基于解卷积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声纳结合多波束成像与合成孔径技术获得水下目标三维成像结果，该成像声纳能够利用沿航向合成孔径处理获得沿航向高分辨成像，同时通过增加发射线性调频信号的信号带宽，能够获得深度向高分辨成像，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。

为了解决跨航向成像分辨率难以提高的问题，本发明基于下视合成孔径三维成像精确成像表达式推导出跨航向目标点散射强度与跨航向点扩散函数(PSF)之间的卷积关系，利用解卷积技术实现跨航向成像结果解卷积处理，有效的提高了跨航向成像分辨率。

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接收孔径的限制，成像分辨率难以提高，影响三维成像结果的清晰度的问题，本发明提出了一种基于反卷积处理的下视合成孔径三维成像方法，该方法利用跨航向点目标扩散函数实现解卷积处理，实现了跨航向高分辨成像

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于解卷积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，获得柱坐标系下的深度向压缩后信号；

对深度向压缩后信号进行时延成像处理，获得下视合成孔径三维成像结果；

对所获得的三维成像结果进行解卷积处理，获取最终的三维成像结果。

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，获得柱坐标系下的深度向压缩后信号；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，发射阵元的位置为(0,y_T,0)，y_T＝y_R+t2r，其中，t2r表示发射阵与接收阵所在的xOz之间的距离；接收阵元的位置(x_m,y_R,0)为：

其中，η表示沿航向基阵运动的慢变时间，L表示接收阵孔径，1≤m≤M，M为接收阵元的总数，d为相邻接收阵元的距离；

步骤1-2)采用等效相位中心描述接收换能器阵列的位置，表示为：

计算等效的接收阵与水下三维场景中第u个目标点(x_u,y_u,z_u)的距离R_mu：

其中，1≤u≤U，U为目标的个数；

步骤1-3)第u个目标的位置从直角坐标系到柱坐标系下(θ_u,y_u,r_u)的变化关系表达式如下：