[发明专利]一种多子阵合成孔径声纳相位误差分析方法

说明书

本发明提供了一种多子阵合成孔径声纳相位误差分析方法，包含以下步骤：针对每个接收阵元和发射阵元组成的子系统，计算双程斜距历程；针对每个接收阵元和发射阵元组成的子系统，基于数值分析方法计算相位驻留点；针对每个接收阵元和发射阵元所组成的子系统，基于数值分析方法的相位驻留点，计算二维频域系统函数；计算待评估模型的二维频域系统函数；针对每个接收阵元和发射阵元所组成的子系统，根据多子阵合成孔径声纳的方位空不变和距离空变特性，设置目标空间坐标；针对每个接收阵元和发射阵元所组成的子系统，在二维频域内计算相位误差，克服了传统成像模型或成像算法评估周期长、数值指标不够直观等问题。

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及一种多子阵合成孔径声纳相位误差分析方法。

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。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SAS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技术，目前，国内外已有许多关于合成孔径声纳成像的几何模型，根据这些模型，就可以得到各种不同的成像算法。针对这些几何模型或者成像算法的优劣，国内外一般均依赖于名义分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比三个参数进行评价，这往往要历经目标回波仿真、目标成像处理和评估指标计算等步骤，性能评估周期较长，过程繁琐且相对于图形来说还不直观。另外，多子阵合成孔径声纳具有距离向空变特性，也就是说其二维频域相位误差具有距离向瞬时频率、方位向瞬时频率和距离三个自由度。目前，关于多子阵合成孔径声纳二维频域相位误差的分析方法，国内外还未见系统的报道。因此，开展包含距离向瞬时频率、方位向瞬时频率和距离三自由度的二维频域相位误差分析，对于各种成像几何模型或者成像算法性能优劣的分析以及成像算法后期研究的开展具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服传统成像模型或成像算法评估周期长、数值指标不够直观等问题，提供一种多子阵合成孔径声纳相位误差分析方法，进而可根据各种模型的误差分析结果，有针对性地开展成像算法方面的研究工作。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种多子阵合成孔径声纳相位误差分析方法，包含以下步骤：

S1、针对每个接收阵元和发射阵元组成的子系统，计算双程斜距历程；

S2、针对每个接收阵元和发射阵元组成的子系统，基于数值分析方法计算相位驻留点；

S3、针对每个接收阵元和发射阵元所组成的子系统，基于数值分析方法的相位驻留点，计算二维频域系统函数；

S4、针对每个接收阵元和发射阵元所组成的子系统，计算待评估模型的二维频域系统函数；

S5、针对每个接收阵元和发射阵元所组成的子系统，根据多子阵合成孔径声纳的方位空不变和距离空变特性，设置目标空间坐标；

S6、针对每个接收阵元和发射阵元所组成的子系统，在二维频域内计算相位误差。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的步骤S2的相位驻留点计算公式如下：

其中v表示声纳载体的运动速度，c表示声波在水中的传播速度；i表示第i个接收阵元和发射阵元所组成子系统的索引，d_i表示第i个子系统的收、发阵元间距，表示对应于第i个子系统的相位驻留点；r表示目标斜距向的坐标；f_τ和f_t分别表示对应于距离向快时间τ与方位向慢时间t的瞬时频率。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的步骤S3的二维频域系统函数，其计算公式如下：