[发明专利]一种新的多子阵合成孔径声纳快速成像算法

说明书

本发明提供了一种新的多子阵合成孔径声纳快速成像算法，针对单个接收阵元和发射阵元所组成的子系统计算二维频域系统函数；基于方位向聚焦与距离向处理相对独立的特点，计算方位向脉冲压缩相位调制函数；基于二维频域系统函数和方位向脉冲压缩调制函数的相位，计算距离‑方位耦合相位项；对子系统回波数据进行耦合相位一致校正处理；距离向数据分块；利用耦合相位差分校正实现子系统信号的参与距离徙动校正；对子系统信号进行方位向脉冲压缩；对每个接收阵元和发射阵元所组成子系统的回波数据进行成像处理后，将所有粗分辨图像进行相干叠加便得到最终的合成孔径声纳高分辨图像，克服传统成像算法复杂的设计过程和提高成像算法在整个测绘带内的成像性能。

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及一种新的多子阵合成孔径声纳快速成像算法。

背景技术

合成孔径声纳技术依靠小尺寸基元的匀速直线运动虚拟合成一副长度随探测距离成正比的大孔径基阵，通过空间不同位置采样信号的相干叠加得到与距离、频率无关的方位向高分辨率，解决了传统侧扫声纳成像分辨率受基阵实孔径长度、信号频率以及作用距离等因素制约的问题，将常规侧扫声纳的方位分辨率提高了1～2个数量级，而多子阵技术的采用更是解决了方位向高分辨和距离向测距之间的矛盾，使合成孔径声纳技术开始真正走向工程实用化的道路。

成像算法是合成孔径声纳技术的核心，现有的多子阵合成孔径声纳频域成像算法一般可以分为三类。第一类是基于等效收发合置合成孔径声纳的思想，典型代表是相位中心近似方法，通过类比收发合置合成孔径声纳的双程斜距历程对多子阵合成孔径声纳双根号形式的斜距历程进行修正，便转换为传统收发合置合成孔径声纳成像问题，这类方法在数据收发合置转换过程中需要进行插值和二维空变相位误差的补偿，难补偿完全的相位中心近似误差还会导致近距离处目标散焦。第二类方法是基于数值计算的成像方法，此类方法需要通过数值计算得到成像处理过程中的系统转移函数，计算量较大。第三类方法是基于代数或几何方法求解多子阵合成孔径声纳二维频域系统函数的显示表达式，典型代表有Loffeld双基公式法、级数反演法、瞬时多普勒法等。这类方法的最大特点是需要多次采用泰勒近似或其它多项式近似方法求解系统函数的解析表达式。总的来说，这三类方法都比较复杂，需要多次利用级数近似和求导数运算才能获得距离-多普勒域和二维频域内的系统函数，计算过程复杂繁琐，极大地限制了成像算法设计的灵活性及成像算法在整个测绘带内的成像性能。

发明内容

本发明的目的在于克服传统成像算法复杂的设计过程和提高成像算法在整个测绘带内的成像性能，提供一种适用于宽测绘带的多子阵合成孔径声纳高分辨成像算法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种新的多子阵合成孔径声纳快速成像算法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、针对单个接收阵元和发射阵元所组成的子系统计算二维频域系统函数；

S2、基于方位向聚焦与距离向处理相对独立的特点，计算方位向脉冲压缩的相位调制函数；

S3、基于二维频域系统函数和方位向脉冲压缩调制函数的相位，计算距离-方位耦合相位项；

S4、对子系统回波数据进行耦合相位一致校正处理；

S5、距离向数据分块；

S6、利用耦合相位差分校正实现子系统信号的残余距离徙动校正；

S7、对子系统信号进行方位向脉冲压缩；

S8、对所有子图像进行相干叠加。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的步骤S2方位向脉冲压缩相位调制函数，其相位计算公式如下：