[发明专利]一种多波束合成孔径声呐三维成像算法

权利要求书

1.一种多波束合成孔径声呐三维成像算法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：对接收到的阵列信号进行正交变换，将实信号转变为解析信号，根据发射信号参数对接收信号进行带通滤波；

换能器阵元接收到的时域信号为实信号，需要将其转变为解析信号才能够进行相移处理，因此在声呐系统中采用正交变换得到信号的解析形式，如下式所示：

其中，s_i(n)为第n个采样时刻i阵元接收到的回波信号，f₀为信号频率，f_s为采样率；

步骤二：利用发射参考信号对解析信号进行匹配滤波处理，实现对线性调频信号的脉冲压缩过程，修正卷积处理带来的信号时延；

声呐系统采用线性调频信号作为探测信号，发射信号为s(t)的复信号形式为：

其中：T为发射信号脉宽，k为调制斜率；

匹配滤波器输出为：

其中：s_R(t)为接收信号，h(t)为参考信号；

步骤三：对脉冲压缩后的信号进行航迹向孔径合成处理，将处于相同水平向位置处的接收子阵虚拟合成沿航迹向的大孔径接收基阵，获得多幅航迹向-斜距向坐标系下的二维声呐复图像，此时基阵形式等效于在航迹向上具有虚拟大孔径的水平向均匀直线阵；

假设二维面阵的航迹向阵元数目为N_y，水平线阵元数目为N_x，成像结果需要在水平向上形成M个波束；将处于相同水平向位置的N_y个阵元进行合成孔径算法处理，得到1个虚拟孔径的阵元；对所有水平位置的N_x个阵元进行遍历后，即可得到一条在航迹向上具有虚拟大孔径的N_x元线阵，同时也得到了N_x幅合成孔径声呐图像；在航迹向-距离向(y-r)坐标系下的成像结果如下所示：

其中：B为信号带宽，c为水中声速，Γ为虚拟合成孔径尺度，λ为信号波长，v为载体运动速度，n为阵元序号；

步骤四：对获得的虚拟大孔径水平线阵进行水平向波束形成处理，对不同航迹向位置处的二维复图像进行相干累加，得到航迹向-斜距向-角度向坐标系下的三维声呐图像；

对已获得的二维声呐复图像再进行波束形成处理，区分同一航迹向位置处回波的到达方位；在步骤三得到的复图像基础上，对获得的在航迹向上具有虚拟孔径的均匀线阵进行波束形成算法处理，实现三维空间的声呐成像：

其中，θ为波束扫描角度，θ_T为目标所在方位，d_x为水平向阵元间距；

步骤五：对航迹向-斜距向-角度向坐标系下的三维声呐图像进行坐标变换，获得更易直接观察的水平向-航迹向-深度向声呐图像。

2.根据权利要求1所述的一种多波束合成孔径声呐三维成像算法，其特征在于：步骤五具体为：对获得的三维声呐图像I_MBSAS(y,r,θ)进行坐标变换，将航迹向-斜距向-角度向图像转化为更易观察的水平向-航迹向-深度向图像I_MBSAS(x,y,z)；

x＝rsinθ

y＝rcosθ。