[发明专利]多子阵合成孔径声纳频域函数基于数值计算的方法

说明书

本发明公开了一种基于数值计算方法的多子阵合成孔径声纳频域系统函数，包括以下步骤：S1、利用数值计算方法计算相位驻留点；S2、利用数值计算方法得到的相位驻留点计算二维频域系统函数；S3、利用数值计算方法计算用于方位向匹配滤波的方位脉压驻留点；S4、根据方位脉压驻留点计算方位向匹配滤波函数的相位；S5、根据二维频域系统函数和方位向匹配滤波函数计算二维耦合相位。本发明有效克服了传统多子阵合成孔径声纳频域系统函数的近似问题，提高了多子阵合成孔径声纳系统函数的精度以及合成孔径成像质量。本发明不仅有利于图像质量的提高，同时还能取代时域成像算法快速评估其他成像算法的性能。

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及多子阵合成孔径声纳频域函数基于数值计算的方法。

背景技术

将多子阵合成孔径声纳成像看成线性系统的逆过程，那么频域系统函数的构建对于快速成像来说至关重要。多子阵合成孔径声纳系统含有两个带根号的单程斜距历程，因此难以利用代数方法计算解析且精确的频域系统函数。传统快速成像算法都是建立在精确系统函数近似的基础之上，这导致成像性能受限于近似系统函数对精确系统函数的逼近程度。而高精度的系统函数不但有利于图像质量的提高，同时还有利于快速评估其他成像算法的性能。

发明内容

本发明的目的在于避免现有方法中频域系统函数的近似问题，提供一种可提高多子阵合成孔径声纳频域系统函数精度的多子阵合成孔径声纳频域函数基于数值计算的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种多子阵合成孔径声纳频域函数基于数值计算的方法，包括以下步骤：

S1、利用数值计算方法计算相位驻留点；

S2、利用数值计算方法得到的相位驻留点计算二维频域系统函数；

S3、利用数值计算方法计算用于方位向匹配滤波的方位脉压驻留点；

S4、根据方位脉压驻留点计算方位向匹配滤波函数的相位；

S5、根据二维频域系统函数和方位向匹配滤波函数计算二维耦合相位。

作为进一步的改进，在所述步骤S1中，利用数值计算方法计算相位驻留点其表达式为：

其中下标i(i∈[1,M])表示接收阵元的索引，M表示接收阵列中接收阵元的个数；表示二维空间中距离、方位坐标为(r，0)的特定点目标和各收、发阵元之间的双程斜距历程；表示双程斜距历程关于方位向慢时间的一阶偏导数；d_i表示第i个接收阵元和发射阵元之间的距离；r表示距离；v表示声纳载体速度；t表示方位向慢时间。表示基于数值计算方法得到的相位驻留点。f_τ、f_t分别表示距离向瞬时频率与方位多普勒频率；f_c表示载波频率；c表示水声声速。

作为进一步的改进，在所述步骤S2中，计算二维频域系统函数Ψ_i(f_τ,f_t)，其表达式为：

作为进一步的改进，在所述步骤S3中，利用数值计算方法计算用于方位向匹配滤波的方位脉压驻留点的求解，其表达式为：

作为进一步的改进，在所述步骤S4中，计算方位向匹配滤波函数的相位其表达式为：

作为进一步的改进，在所述步骤S5中，计算二维耦合相位其表达式为：