[发明专利]一种大斜视条件下的合成孔径声呐成像处理方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及合成孔径声呐成像算法，具体是一种大斜视条件下获得高分辨率成像的方法。

背景技术

合成孔径声呐(SAS,Synthetic Aperture Sonar)通过在水下发射宽带声呐信号，并接收反射回波进行相干处理得到海底的图像。传统的SAS成像算法主要应用于正侧视或者斜视角较小的场景，这种模式应用面较窄且灵活性不强。大斜视场景下的SAS具有较强的实用性，其最大的优点是具有区域外成像能力，即托体可以不直接经过某一区域而直接对该区域海底目标进行成像。

在大斜视条件下，SAS回波信号存在较大的距离徙动和严重的距离-方位耦合，这会使传统算法的成像效果急剧下降。针对该问题，有相关文献提出了基于Keystone变换(KT)的非线性Chirp scaling(NLCS)算法，但其未考虑多普勒中心和剩余距离徙动的影响，导致该算法在处理大斜视、高分辨率回波数据时，成像性能有所下降。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种大斜视条件下的合成孔径声呐成像处理方法。

为了解决上述问题，本发明提出新的基于KT的NLCS算法该方法不仅保证了KT的有效性，而且提高了距离向处理的精确性，最终确保在大斜视、高分辨率条件下，获得较好的SAS成像效果。

本发明所采用的技术方案具体包括如下步骤：

步骤一：得到接收的回波信号，对接收回波进行距离向的傅里叶变换；

步骤二：在距离频域对信号进行线性距离徙动校正，同时去除信号的多普勒中心频率；

步骤三：通过Keystone变换重新构建方位向时间，设计滤波器进行距离压缩；

步骤四：步骤三处理后得到的信号变换到方位频域，分析方位调频率与斜距的关系，再变回方位时域与变标函数相乘；

步骤五：将步骤四处理后得到的信号变回方位频域，设计滤波器进行方位压缩，把方位压缩之后的信号变回方位时域，得到聚焦图像；

所述的步骤一，具体为：

接收回波距离向的处理如下：

根据合成孔径声呐的几何模型得到点目标与接收装置的瞬时斜距为：

其中v表示接收装置的移动速度，θ为斜视角，η为方位向时间，η_c为波束中心到达点目标的时刻，R_Rc为η_c时刻的斜距；发射装置发射的信号为线性调频信号，信号在水中传播速度远远大于托体的移动速度，因此其收发斜距可视为瞬时斜距的两倍，对收发斜距在η_c处作级数展开可得

其中r＝2R_Rc为η_c时刻的收发斜距，k₁、k₂和k₃为展开式的系数，它们分别为k₁＝-2vsin(θ)，k₂＝v²·cos²(θ)/R_Rc，r₁、l₁和l₂用k₁、k₂和k₃表示分别为l₂＝k₂-k₃·η_c；

1-1.回波信号经过解调后的表达式为

其中w_a(·)和w_r(·)分别为方位向和距离向包络，T为声呐合成孔径时间，c为声呐信号在水中的传播速度，t为距离向时间，K_r为距离向调频率，f_c为载波频率；

1-2.利用驻定相位原理对(3)进行距离向傅里叶变换，可得回波信号在距离频域-方位时域的表达式：

其中f_t为距离频率；

步骤2.在距离频域对信号进行线性距离徙动校正，同时去除信号的多普勒中心频率；

在距离向去斜的同时去除信号的中心频率f_c，函数的频域表达式为：

距离去走动和去除中心频率即(4)与(5)相乘，可得

所述的步骤三，具体为：