[发明专利]一种侧扫声纳的姿态稳定方法

说明书

本发明提出一种侧扫声纳的姿态稳定方法，包括：步骤1)设置多基元传感器阵列，单独采集每一独立基元传感器的信号，对每一基元传感器采集的信号进行处理，得到与目标距离阵列的距离和目标入射角度有关的声纳信号的导向矢量；步骤2)根据声纳信号的导向矢量在声图坐标系内建立波束域信号模型；步骤3)当声纳载体姿态变化时，利用多基元传感器阵列，逐像素点聚焦完成测量点不变的扫描探测；确定测量点在所述坐标系的新坐标，将新坐标输入所述波束域信号模型，得到声图坐标系无失真的化成图。本发明的侧扫声纳的姿态稳定方法可以得到真正的无失真测量声图；能够抵抗恶劣的环境对测量声图的影响，可扩大侧扫声纳的适用范围。

技术领域

本发明属于水声信号处理领域，具体而言，涉及一种侧扫声纳的姿态稳定方法。

背景技术

侧扫声纳是目前应用广泛的水下地貌测量设备。工作时，侧扫声纳在垂直于航行方向形成两个窄波束，通过目标回波强度变化反应海底的地貌特征。侧扫声纳成像的精细度比较高，是水下沉底小目标检测的重要设备。特别是近年来，随着UUV的不断推广使用，侧扫声纳搭载于UUV上可以应用于登陆区海滩等浅海水域，是浅海区的勘探、小目标搜寻的重要装备。然而，在浅海区使用时，由于受到风浪的影响，载体姿态很难稳定，会导致侧扫声纳采集的信号的声图发生畸变甚至漏报。

针对由于载体姿态不稳定引起的声图畸变问题，常规的解决办法是在声图成图以后进行后期处理，即利用传感器数据对成图进行校准修正，但由于是后处理，已经发生错位的测量点不能做到完全无失真，例如由载体姿态不稳定引起的测量点漏测是无法补偿的。

发明内容

本发明的目的在于解决由于载体姿态不稳定导致根据侧扫声纳采集的信号得到的声图发生畸变的问题，本发明提供了一种侧扫声纳的姿态稳定方法，即通过波束自稳定技术实现声纳姿态稳定，以保证声图质量的方法。

为实现上述目的，本发明提出一种侧扫声纳的姿态稳定方法，所述方法包括：

步骤1)设置多基元传感器阵列，单独采集每一独立基元传感器的信号，计算每一基元传感器接收到信号与参考基元接收到信号之间的时间差，得到与目标距离阵列的距离和目标入射角度有关的声纳信号的导向矢量；

步骤2)在声图坐标系内根据声纳信号的导向矢量建立波束域信号模型；

步骤3)当声纳载体姿态变化时，利用多基元传感器阵列，逐像素点聚焦完成测量点不变的扫描探测；确定测量点在所述声图坐标系的新坐标，将新坐标输入所述波束域信号模型，得到声图坐标系无失真的化成图。

作为上述方法的一种改进，所述多基元传感器阵列呈线性排布。

作为上述方法的一种改进所述步骤1)具体包括：

步骤1-1)设置多基元传感器阵列，单独采集每一独立基元的信号；

步骤1-2)以第1个基元为参考基元，每个基元之间的距离为d，第n个基元与参考基元之间的距离为x_n：

x_n＝(n-1)d (3)

其中，n＝2，3，…，N；

步骤1-3)第n个基元与测量点之间的距离为：

其中，θ_s为导向角，r_s为参考基元到测量点之间的实际距离；

步骤1-4)每一个基元接收到信号的时间与参考基元接收到信号之间的时间差为：

c为声速；

步骤1-5)声纳信号的导向矢量a为：