[发明专利]一种合成孔径声纳速度的估计方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种合成孔径声纳速度的估计方法。 

背景技术

如图1所示，将拖曳式声纳的声纳基阵固定在托体平台上，工作时由拖船拖曳前进。 

合成孔径声纳（SAS）是利用小尺寸基阵在方位向的移动，通过对不同位置接收信号的相关处理，来获得沿着声纳基阵方位向上的合成孔径，从而得到高精度的方位向上的分辨率。 

 如图2所示，声纳基阵首先在位置1处发射并接收数据，称为第n ping或称第n帧数据；然后声纳基阵匀速运动到位置2发射并接收下一ping数据，称为第n+1ping数据。 

合成孔径成像过程中，一般情况下，托体平台的运动速度的测量是通过运动测量系统得到的。运动测量系统一般为姿态传感器或多普勒计程仪等设备，安装在托体平台上，实时记录平台的位置和姿态。专用的水下测量设备的价格一般比较昂贵，相对价格低廉的全球卫星定位导航系统（GPS）由于只能陆地上使用，只可以测量船速，无法准确得到位于水下的托体平台的航行速度。 

发明内容

本发明的目的是，对现有技术进行实质性改进和创新，提供一种合成孔径声纳速度的估计方法，能够准确、简便地得到托体平台的航向速度，方便用于合成孔径声纳SAS成像。此方法应用后，合成孔径声纳将无需配置专用的运动测量设备，可节约设备购置成本和维护费用。 

1.实现上述目的采用的技术方案是，一种合成孔径声纳速度的估计方法，其特征是，包括以下内容： 

1）设合成孔径声纳的接收阵元个数为NC，选取合适的声纳基阵平台的运动速度，使得相邻两ping,即第n ping 和第n+1 ping数据间有一个或一个以上的冗余相位中心，由合成孔径声纳SAS方位模糊限制条件可知，声纳基阵在方位向上的速度限制为：

                   （1）

其中：NC为接收阵元个数，D为接收阵元的直径，PRF为信号的脉冲频率，

由公式（1）可知，SAS的成像条件是接收前后两ping数据时，声纳基阵的运动距离小于接收阵元的半径，因此，相邻两ping间有一个或一个以上的冗余相位中心的条件能够满足合成孔径声纳基阵正常运行的条件；

2）如果前后两ping的阵元相位中心刚好重叠，重叠相位中心的个数为M，则得到前后两ping的速度，即：

                                        （2）

3）前后两ping的阵元不完全重叠时，求第n ping最后的一个阵元与第n+1 ping所有阵元的数据求相关，求得最大相关系数A所对应的阵元序号为K和次最大相关系数B所对应的阵元序号为N，由最大的相关系数值，查相关系数与阵元距离的对应关系，得到此阵元与相关系数最大的阵元K之间的距离a，进而求解速度值；

此时分两种情况：

（1）如果次大值所对应的阵元序号为B=K-1，则：

                           (3)

（2）如果次大值所对应的阵元序号为B=K+1，则：

                   (4)

由相关系数估计速度值。

本发明所涉及的一种合成孔径声纳速度的估计方法，合成孔径声纳的成像条件是接收前后两帧数据时，声纳基阵的运动距离小于接收阵元的半径，因此，满足相邻两ping，即两帧间有一个或一个以上的冗余相位中心的条件；对于前后两帧的重叠或者接近的相位中心，回波信号进行互相关运算，具有最大的互相关系数；根据相关系数判断拖体的运动距离，进而求得其运动速度。其方法科学合理，能够准确、简便地测量托体平台的航向速度，用于合成孔径声纳SAS的成像,取代合成孔径声纳的专用速度测量装置，具有广泛的应用价值。 

附图说明

图1为拖曳式声纳的工作模式示意图； 

图2为冗余相位中心示意图；

图3为相位中心不重叠示意图；

图4为相关系数与阵元距离之间的关系示意图；

图5为阵元接收到的信号波形图；

图6为阵元/阵元信号的互相关结果示意图。

具体实施方式

 下面利用附图和实施例对本发明的一种合成孔径声纳速度的估计方法作进一步说明。 

本发明的一种合成孔径声纳速度的估计方法，包括以下内容：