[发明专利]一种侧扫声纳回波信号的匹配方法及系统

说明书

本发明公开了一种侧扫声纳回波信号的匹配方法及系统，所述方法包括：计算实时回波信号的入射角；根据入射角从预先建立的模板信号库中选取对应的模板信号，使之与回波信号之间达到最佳的匹配。本发明的方法在保持现有侧扫声纳距离分辨率不变的前提下，增加侧扫声纳远端信号的质量，可以有效地增加作用距离。

技术领域

本发明属于数字信号处理及水下探测领域；具体涉及一种侧扫声纳回波信号的匹配方法及系统。

背景技术

侧扫声纳是一种利用回波测深原理来探测海底地貌和水下物体的海洋探测设备，又称旁侧声纳或海底地貌仪。侧扫声纳系统的换能器阵一般安装在水下拖曳体或是舰底的两侧，左右两条换能器线阵分别向水中倾斜发射声脉冲，照射出一片以换能器为中心的窄梯形海底，然后通过处理海底后向散射回波强度生成明暗不同的声纳图像。

对于侧扫声纳而言，有二个指标是非常重要的，一个是作用距离，一个是距离分辨率。距离分辨率是指垂直于拖曳方向的两个目标之间最小可区分距离，计算公式为：其中C为声速，τ为发射脉冲宽度(秒)。

可以看出，距离分辨率跟发射脉冲宽度有关，为了提高分辨率，就要减小发射脉冲宽度，在实际应用中，发射脉冲宽度受到作用距离的限制，也就是说，为了增加作用距离，必须增加发射声波的能量，这就要加长发射脉冲长度，但这样就会造成距离分辨率的下降。为了解决这一矛盾，提出了采用chirp技术，即发射一个带宽为Δf的线性调频脉冲，接收时进行匹配滤波，得到一个脉宽约等于1/Δf的回波脉冲，这样距离分辨率就等于C/2Δf，而与发射脉宽无关，从而解决了作用距离和距离分辨率的矛盾。

但采用chirp技术的侧扫声呐，当回波信号的入射角α太大时，由于回波信号和发射信号之间的相关性变差，使远处的分辨率迅速下降，同时会使作用距离减小。

发明内容

本发明的目的在于通过对线性调频回波信号的分析，找到信号失配的原因，从而通过改变模板信号，使回波信号与模板信号匹配，充分发挥线性调频侧扫声纳的优点，在保持高的距离分辨率的前提下，增加侧扫声纳的作用距离。

为实现上述目的，本发明提出了一种侧扫声纳回波信号的匹配方法，所述方法包括：

计算实时回波信号的入射角；

根据入射角从预先建立的模板信号库中选取对应的模板信号，使之与回波信号之间达到最佳的匹配。

作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：建立模板信号库的步骤，具体包括：

根据声纳基阵离海底的高度H及最小作用距离r_min得到最小的入射角α_min，根据海底的高度H和最大作用距离r_max得到最大入射角α_max；

将[α_min,α_max]划分为N个长度相同的区间，其区间的长度为则：

α_i＝α_min+(i-1)Δα

其中，1≤i≤N+1，α₁＝α_min，α_N+1＝α_max；第一个区间为[α₁,α₂]，第二个区间为[α₂,α₃]，…，第N个区间为[α_N,α_N+1]；

根据α_min得到第一个模板信号其中其中，μ₁是第一个模板信号的调制系数，T为声纳发射信号的脉冲长度，Δω为T内的最大频移，A为信号的幅度，ω为信号的中心频率，t表示时间；

计算第i个模板信号的调制系数μ_i：