[发明专利]一种高分辨率三维成像声纳换能器阵列稀疏优化方法

权利要求书

1.一种高分辨率三维成像声纳换能器阵列稀疏优化方法，其特征在于，该优化方法包括如下步骤：

S1建立换能器阵列的迭代凸优化数学模型，该换能器阵列包括I个换能器阵元；

S2将当前迭代的换能器阵元惩罚系数和设定的换能器阵列性能约束条件代入步骤S1的迭代凸优化数学模型中，获得当前迭代的换能器阵元激励权值，其中设定第一次迭代的换能器阵元惩罚系数均为1；

S3根据期望动态范围比确定约束条件，并对不满足约束条件的换能器阵元，利用模拟退火算法对步骤S2中获得的当前迭代的换能器阵元激励权值进行更新，然后根据更新后的激励权值计算下一次迭代的换能器阵元惩罚系数；

S4判断当前迭代的次数是否达到最大迭代次数，若是，则终止优化过程，输出由步骤S3获得的换能器阵元激励权值构成的换能器阵列激励权值矩阵，若否，则根据下一次迭代的换能器阵元惩罚系数重复步骤S2～S4。

2.如权利要求1所述的高分辨率三维成像声纳换能器阵列稀疏优化方法，其特征在于，所述步骤S1中换能器阵列的迭代凸优化数学模型为：

s.t|w^gA(u₀,v₀)|＝＝1 (2)

||w^gA(u,v)||_∞≤U,{u,v}∈SL (3)

式中，为第g次迭代过程中第i号换能器阵元的惩罚系数，为第g次迭代过程中第i号换能器阵元的激励权值，I为换能器阵元的总数，i为换能器阵元的标号，u为波束水平方向的单位矢量，v为波束竖直方向的单位矢量，A(u₀,v₀)为主波束方向的阵列流形单位矢量，A(u,v)为波束方向的阵列流形单位矢量，SL为旁瓣波束方向的集合，U为期望的旁瓣峰值，w^g为第g次迭代获得的换能器阵列激励权值矩阵，||·||_∞表示∞范数操作。

3.如权利要求1或2所述的高分辨率三维成像声纳换能器阵列稀疏优化方法，其特征在于，所述步骤S2中设定的阵列性能约束条件包括：

主波束方向(u₀,v₀)，期望的旁瓣峰值U和旁瓣波束方向的集合SL。

4.如权利要求1所述的高分辨率三维成像声纳换能器阵列稀疏优化方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下子步骤：

S31判断第i号换能器阵元激励权值是否满足动态范围比DRR_d的约束，即

若是，则保持不变，若否，则根据模拟退火算法启动阵元关闭程序，获得更新后的其中max{w^g}表示w^g中的最大值；

S32根据步骤S31得到的计算下一次迭代中该阵元的惩罚系数计算公式为：

式中，ε为稳定因子；

S33重复步骤S31和S32，直至遍历所述换能器阵列中的所有阵元。

5.如权利要求4所述的高分辨率三维成像声纳换能器阵列稀疏优化方法，其特征在于，所述子步骤S31中的阵元关闭程序包括如下步骤：

S311根据模拟退火算法，计算第i号换能器阵元的关闭阀值参数P_i^g，其计算公式为：

式中，T₀为初始退火温度，k_t为退火系数，g为迭代次数；

S312随机生成一个0到1的数R₁，若R₁≥P_i^g，则该不变，若R₁＜P_i^g，则启动阵元关闭程序，即将该设为0。