[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

说明书

本发明涉及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，利用成像图中海底真实特征出现位置固定、虚假特征随接收阵位置变化这一特点，采用统计方法获取声图像像素点分布特征，并将像素点统计分布概率作为图像像素权值，对多帧声图像实现加权拼接。包括：双基地海底散射信号建模仿真、接收信号声成像处理、像素统计分布处理和多帧声图像加权拼接融合。与常规双基地声学成像方法相比，本发明所提方法可以有效减小声成像图中一维水平线阵固有特性引起的虚假特征及随机噪声，凸显声图像中真实特征，实现对海底显著特征的成像及判别。

技术领域

本发明属于声纳成像领域，特别涉及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，适用于海底测绘，海底目标或地形特征(海山等)成像及识别等领域。

背景技术

双基地海底地貌声成像可扩大声纳作用距离，充分利用海底前向散射信号，实现大范围海底声学成像。文献(Ratilal P,Lai Y,Symonds T,et al.Long range acousticimaging of the continental shelf environment:the Acoustic ClutterReconnaissance Experiment 2001.[J].Journal of the Acoustical Society ofAmerica,2005,117(4Pt1):1977-1998.)、(Makris N C,Chia C S,Fialkowski L T.Thebi-azimuthal scattering distribution of an abyssal hill[J].The Journal of theAcoustical Society of America,1999,106(5):2491-2512.)、(Swee Chia C,Makris NC,Fialkowski L T.A comparison of bistatic scattering from two geologicallydistinct abyssal hills[J].The Journal of the Acoustical Society of America,2000,108(5):2053-2070.)提出采用双基地海底地貌声成像系统，分别采用两条船承载垂直发射阵和水平拖线阵，发射船固定于试验区域，接收船走航不同测线并接收海底前向散射信号，获取海底地貌声强分布图像。但在常规双基地声成像中，由于接收拖线阵的一维空间特性引起左右模糊，导致海底地貌成像图中出现关于接收阵阵轴对称的虚假特征，在先验环境信息较少的情况下，不易区分海底真实散射特征，影响对声图像中海底目标或地形特征的辨别。

目前解决该左右模糊现象的主要方法有：1)接收端采用双水平拖线阵和多水平拖线阵，利用信号到达各接收阵的时延差进行区分，该方法对设备性能要求较高，在工程技术上实现较为复杂；2)利用接收船机动，根据海底前向散射信号的入射角度变化趋势判别，但该方法需要等待接收船机动完成，待接收拖线阵拉直后进行判别，存在局限性和滞后性；3)对接收拖线阵进行阵型估计，再进行后端处理，该方法对阵型估计方法要求较高，实现难度较大。

发明内容

要解决的技术问题

针对现有双基地海底地貌声成像方法中，由接收拖线阵一维特性引起的左右模糊，导致海底地貌声成像图中出现虚假特征，本发明提供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。

技术方案

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