[发明专利]一种基于像素统计分布加权的双基地海底地貌声学成像方法

权利要求书

1.一种基于像素统计分布加权的双基地海底地貌声学成像方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：双基地海底前向散射信号建模；

假设设发射阵位于观测区域中心原点处，接收阵采用N元水平拖线阵，阵元间距d。发射信号采用中心频率为f₀、信号带宽为B的线性调频信号，信号脉宽为T；海底设置p个散射系数为σ_p的点目标，模拟海底前向散射；

发射信号表示为

其中，t表示时间，T表示信号脉宽，B表示信号脉宽；

接收阵位于某一测线点时，第n阵元上的接收回波为：

其中，n(t)表示为接收阵元处噪声，σ_p表示第p个散射点的散射系数，τ_p表示经发射阵到第p个散射点传播至接收阵参考阵元的时间延迟，表示为第n个接收阵元上的相位延迟，表示为

其中，θ_p表示第p个散射点的信号入射角度；

步骤2：接收拖线阵采集到海底前向散射信号后，采用常规波束形成和匹配滤波方法处理接收阵元信号，得到各波束角度的时域输出信号，即波束角度-时间图像；采用常规时域双基地声成像方法处理该波束角度-时间图像，生成海底地貌声强图像；

子步骤1：对上一步骤中的x_n(t)进行波束形成，其波束输出可表示为

其中，为第n阵元加权系数；

子步骤2：对子步骤1中的波束输出进行匹配滤波处理，并取绝对值，得到波束角度-时间图像

其中，R_s(t)为发射信号自相关函数，表示卷积；

子步骤3：采用常规时域双基地声学成像方法，对该波束角度-时间图像进行声成像处理，由发射阵位置、接收阵位置和成像归位点坐标(x,y)计算得到成像归位点传输时延τ_(x,y)和入射角度θ_(x,y)，成像归位点坐标(x,y)处的幅度A(x,y)可表示为

A(x,y)＝|y_beam-MF(θ_(x,y),τ_(x,y))|         (6)

步骤3：对当前帧声成像图进行像素点统计分析，采用滑动窗口局部峰值检测处理该声强图像，同步生成与声图像矩阵维度一致的热点统计图像，所述的热点统计图像由数值0、1组成，高于局部阈值的置为1，低于局部阈值的置为0；原始声图像与热点统计图像作对应元素点乘运算，得到当前帧新图像

B_i(x,y)＝A_i(x,y).*I_i(x,y)       (7)

其中，(x,y)为声成像图像素坐标，B_i(x,y)表示第i帧经过点乘运算获取的新图像，A_i(x,y)表示第i帧原始声图像，I_i(x,y)表示第i帧声图像对应的热点统计图像；

步骤4：对各测点声图像采用加权法进行图像拼接，最终生成观测区域海底地貌声图像；

各测点声图像拼接过程如下，设前(i-1)帧声图像拼接后的总图像为F_i-1(x,y)，第i帧经过点乘运算获取的新图像为B_i(x,y)，则i帧声图像的总拼接结果F_i(x,y)表示为

F_i(x,y)＝w₁(x,y)F_i-1(x,y)+w₂(x,y)B_i(x,y)    (8)

其中，w₁(x,y)、w₂(x,y)为图像F_i-1(x,y)、B_i(x,y)像素点的加权系数，加权系数由式(9)计算

。

2.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。

3.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。