[发明专利]一种基于超分辨率图像重建的合成孔径声呐成像方法

权利要求书

1.一种基于超分辨率图像重建的合成孔径声纳成像方法，扩充之前的合成孔径声纳的真实孔径方位向的分辨率为    ，阵元的列间距为，阵元的行间距为，各阵元组合后的真实孔径形状不限；线性调频脉冲的脉冲宽度为t，水下声波传播速率为C，距离向分辨率为，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤（1）根据原声纳孔径的阵列来扩充孔径：原声纳孔径的阵元行排列方向与方位向平行，阵元列排列方向与距离向平行，由式子和求得扩充孔径的参数和，和为满足上述条件的最大正整数；其中参数为原孔径沿着阵列行方向每行增加的阵元个数，参数为原孔径沿着阵列列方向每列增加的阵元个数，根据参数和对原孔径进行扩充；

步骤（2）对扩充后的孔径划分子孔径：子孔径的大小以及排列方式与原孔径一样，相邻子孔径的边缘阵元之间相差一个阵元列间距或者一个阵元行间距，根据这种划分方式将扩充后的孔径划分出个子孔径；相邻子孔径的边缘相差一个行间距或者列间距，那么相邻子孔径的声纳图像采样点也相差一个行间距或者列间距，结合式子和，确保子孔径声纳图像的采样点的移动都在亚像素的范围内；

步骤（3）估计探测声波往返所需要的时间T，决定声波发射时间间隔：在开始对目标海域进行测绘之前，首先对探测声波在目标海域内的往返时间T进行估计，然后根据估计的T来决定子孔径之间的声波发射时间间隔，错开各子孔径的声波发射和接受时间，避免相互之间的干扰；

步骤（4）对发射声波进行正交编码，然后对目标水域进行探测：为每个子孔径的发射声波进行编码，各子孔径之间的编码序列相互正交，并将子孔径和相应的编码序列的一一对应关系记录下来；编码完成后开始对目标水域进行测绘，将目标水域分成多个测绘带，各个子孔径相继发射自己的探测声波对测绘带进行测绘，相邻子孔径的发射间隔时间为；

步骤（5）对目标水域进行超分辨率成像：当一个测绘带的回波数据接收完毕后，将回波数据送进成像处理模块，进行SAS成像处理和超分辨率图像重建，得到该测绘带的超分辨图像；当所有的测绘带都测绘完毕后，得到各个测绘带的超分辨图像，将所有测绘带的图像合并则得到该目标水域的超分辨率图像。

2.根据权利要求1所述基于超分辨率图像重建的合成孔径声纳成像方法，其特征在于步骤（1）中所述原孔径为线阵方阵和圆阵。

3.根据权利要求1所述基于超分辨率图像重建的合成孔径声纳成像方法，其特征在于步骤（1）中对原孔径进行扩充的步骤如下：

（1.1）在原孔径的基础上，每一行的孔径沿着同一阵元行方向以阵元列间距为,增加个阵元, 每一列的孔径沿着同一阵元列方向以阵元行间距为,增加个阵元；

（1.2）在扩充后的阵元的基础上，每一列的孔径沿着同一阵元列方向以阵元行间距为,增加个阵元; 每一行的孔径沿着同一阵元行方向以阵元列间距为,增加个阵元。

4.根据权利要求1所述基于超分辨率图像重建的合成孔径声纳成像方法，其特征在于步骤（3）中，估计发射时间间隔的具体步骤如下：

（3.1）估计探测声波的方法如下：向目标水域发射k次探测声波，记录下每次声波的往返时间t₁~ t_k，然后估计声波往返时间;

（3.2）根据探测声波往返时间T来决定子孔径之间的声波发射时间间隔。

5.根据权利要求1所述基于超分辨率图像重建的合成孔径声纳成像方法，其特征在于步骤（5）中，测绘带回波数据的SAS处理和超分辨图像重建的具体步骤如下：

（5.1）为每个子孔径分配一个独立的回波数据存储区，将回波数据送到编码判决模块对其进行编码检测来识别出该回波对应的子孔径，并将回波数据存到相应子孔径的数据存储区中；

（5.2）当该测绘带的数据接收完毕后，将各个子孔径的回波数据送到各自的SAS处理模块，分别进行合成孔径声纳处理，得到各个子孔径的测绘图像；每个子孔径图像的采样点间隔为d，根据和，可知各子孔径采样点都在原合成孔径声纳的一个像素之内，符合亚像素移动的条件，因此可以使用超分辨图像重建技术；

（5.3）最后将K个子孔径的测绘图像作为低分辨率图像，在超分辨率图像重建模块中使用超分辨率图像重建技术将K个低分辨率图像融合成一个高分辨率图像，得到该测绘带的高分辨图像。