[发明专利]一种基于DAMAS2的稀疏布阵高分辨三维声成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于DAMAS2的稀疏布阵高分辨三维声成像方法及系统，该方法包括：步骤1)对基于稀疏布阵的三维成像声纳的原始回波信号，进行波束形成计算，得到波束能量结果；步骤2)基于接收换能器阵列波束响应，计算得到波数域波束方向图；步骤3)根据散射点分布函数估计结果，计算目标散射点分布函数的波束域形式；并结合波数域波束方向图，计算得到波束输出能量的估计结果；步骤4)对波束输出能量的估计结果与波束能量结果进行收敛判断，当不满足收敛条件时，对散射点分布函数估计结果进行修正，并转入步骤3)，直到满足收敛条件；步骤5)对散射点分布函数的估计结果进行滤波、插值和平滑处理得到三维声图像数据。

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DAMAS2的稀疏布阵高分辨三维声成像方法及系统。

背景技术

水下三维声成像技术是水下目标探查、识别与地形勘测的重要技术手段，提高三维成像的成像分辨率能够获得更清晰、易于识别的三维图像，能够有效的提升水下目标的识别率。

首先对三维成像声纳系信号模型进行简要介绍。

根据图1所示的散射点回波信号的几何模型，假设系统发射阵位于坐标原点，且在接收平面阵的中心位置，接收平面阵位于xoy平面上，第(m,n)个阵元的坐标表示为v＝(x_m,y_n,0)。第i个散射点(1≤i≤P，P为目标的个数)的方位角α_i为单位方向矢量u_i与其在yoz平面上的投影之间的夹角，俯仰角β_i为u_i与其在xoz平面上的投影之间的夹角。第i个散射点的单位方向矢量可以表示为通过目标散射后，第(m,n)个接收阵元所接收到的信号为

其中A_i表示散射点幅度值；n(t)表示噪声信号；q(t)表示发射的脉冲信号，经过水声信道传播后获得的信号为q(t-τ_i,m,n)，其中信号双程传播时延表示为

三维成像声纳系统中，以频域成像处理为主，经过傅里叶变换获得频域回波信号表示为

其中S(f)表示频域回波信号的矩阵形式

Q(f)表示发射信号q(t)的频域形式，表示回波信号相位向量形式

其中向量元素表示为

传统波束形成三维成像方法如下：

假设波束数为N_b×M_b个，通过传统时延叠加方法计算，获得的第(p,q)(0≤p≤N_b-1，0≤q≤M_b-1)个波束结果如下所示

其中(θ_ap,θ_eq)表示第(p,q)波束对应的导向方向；该导向矢量对应的时延表达式为

时域波束形成结果经过傅里叶变换获得的频域波束形成计算公式为

其中f表示发射信号中心频率，r₀表示波束形成聚焦距离。