[发明专利]一种解卷积波束形成三维声成像方法

权利要求书

1.一种解卷积波束形成三维声成像方法，所述方法包括：基于均匀布阵的二维阵列完成二维解卷积波束形成处理，获得可视化三维声成像；

所述方法具体包括：

步骤1)设接收平面阵为均匀布阵，阵元数为M×N，布阵间隔为d；接收平面阵采集的远场窄带信号表示为

步骤2)选取一个扫描方向，基于远场窄带信号进行常规波束形成计算，得到常规波束形成结果；

步骤3)令初始化的信号能量分布函数为常规波束形成结果，计算波束能量和均匀布阵平面阵的点源扩散函数；

步骤4)基于步骤3)的计算结果，利用Richardson-Lucy算法对三维成像声纳波束能量进行解卷积处理，获得信号能量分布函数；

步骤5)反复执行步骤2-步骤4)，完成距离向上所有方向的解卷积波束形成，生成三维声图像数据，然后经过常规的滤波、插值、平滑处理后形成可视化三维声图像数据；

所述步骤2)具体包括：

步骤2-1)选取一个扫描方向：方位角为α，俯仰角为β；

步骤2-2)计算该扫描方向的方位向波束形成导向矢量其中第m个分量s_α,m为：

f为频率，c为声速；

步骤2-3)计算该扫描方向的俯仰向导向矢量为其中第n个分量s_β,n为：

步骤2-4)计算该扫描方向的常规波束形成结果Y(sinα,sinβ)：

其中H表示共轭转置，*表示共轭；

所述步骤3)具体包括：

步骤3-1)令初始化的信号能量分布函数S⁽⁰⁾(u,v)为常规波束形成结果：

S⁽⁰⁾(u,v)＝Y(sinα,sinβ)

其中，u＝sinα,v＝sinβ；

步骤3-2)计算波束能量分布函数Bp(u-u_x,v-v_y)和波束能量b_s(u,v)；

波束能量分布函数Bp(u-u_x,v-v_y)为：

其中，u_x,v_y分别表示目标的方位角和俯仰角；λ表示信号波长，λ＝c/f；

波束能量b_s(u,v)：

步骤3-3)计算均匀布阵平面阵的点源扩散函数：

其中，sinc(x)＝sinx/x。

2.根据权利要求1所述的解卷积波束形成三维声成像方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：

步骤4-1)令迭代次数it＝0；

步骤4-2)将信号能量分布函数S^(it)(u,v)和点源扩散函数psf(u,v)经过FFT变换到波数域，获得和PSF(k_u,k_v)；

步骤4-3)根据和PSF(k_u,k_v)计算实际波束能量：

步骤4-4)计算波束能量与实际波束能量的比值，并变换到波数域，得到波束域的比值Q^(it)(k_u,k_v)：

步骤4-5)计算信号能量分布函数的更新率Δs^(it)(u,v)：

Δs^(it)(u,v)＝IFFT(Q^(it)(k_u,k_v)×PSF(k_u,k_v)) (23)

步骤4-6)计算更新后的信号能量分布函数：

S^(it+1)(u,v)＝S^(it)(u,v)×Δs^(it)(u,v) (24)

步骤4-7)判断S^(it+1)(u,v)是否收敛，如果收敛，停止迭代，进入步骤5)；否则，令it增加1，转入步骤4-2)。