[发明专利]一种适用于大范围海底地貌探测的双频双基地声成像方法

说明书

本发明公开了一种适用于大范围海底地貌探测的双频双基地声成像方法，采用两艘试验船同时搭载接收和发射系统，相隔一定距离平行航行。两艘试验船分别发射频率不同的声信号，利用频带的区分度，第一试验船接收自身海底反向散射信号和另一艘船的海底前向散射信号；第二试验船接收自身信号的海底反向散射信号；两艘船分别对散射信号进行声成像处理，获得试验船下方的照射区域以及两船之间的海底区域声图像，再进行叠加和拼接，最终得到大范围海底地貌图像。本发明方法利用海底前向散射信号和后向散射信号，可以实现大范围海底成像，解决了单基地成像声呐系统只利用海底后向散射信号，成像效率低的问题。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种双频双基地声成像方法。

背景技术

围绕海洋的科学研究、资源开发、工程建设以及军事等活动，通常都需要准确地获取所关注区域内的海底地形地貌信息作为基础资料与支撑依据。因此，了解海洋地形地貌信息，对海洋地形地貌进行有效的测绘，获取海洋地形地貌信息谱图，成为海洋资源开发和海洋空间利用中的重要问题。

海底声成像的原理为主动声呐向被探测海底区域发射声信号，接收端接收含有地貌特征的散射信号，通过一系列的信号处理将回波信号转化为声图像。海底散射信号分为海底前向散射和海底后向散射，在较小的掠射角条件下，海底散射信号的能量大部分从镜面反射方向散射，后向散射强度弱，前向散射强度强。目前探测海底地形地貌主要采用的是侧扫声呐和多波束测深系统，系统配置多为收发合置的单基地模式，即发射阵和接收阵位于同一搭载平台上，发射信号多采用高频信号，对目标或地形特征的后向散射进行成像，而忽略了其前向散射信息。且高频声波能量在水中衰减很快，限制了声纳的作用距离，在远距离情况下会出现图像分辨率下降的问题，无法实现大范围海底地形地貌声成像。

双基地海底地貌成像的工作模式可以充分的利用海底前向散射信号，如RatilalP等人在“Long range acoustic imaging of the continental shelf environment:theAcoustic Clutter Reconnaissance Experiment 2001”([J].Journal of theAcoustical Society of America,2005,117(4Pt 1):1977-1998.)提出了一种双基地海底地貌成像系统，第一艘试验船搭载垂直发射阵和拖曳接收阵，第二艘试验船搭载垂直发射阵，两艘船相隔一定距离在同一条直线航行，拖曳接收阵接收第二艘试验船发射声波的海底前向散射信号，获取海底地貌声强分布图；张婷等人在“大范围海底地貌遥测的双基地声学成像方法”(浙江省：CN110456361A,2019-11-15.)提出的双基地地貌成像系统为发射系统和接收系统分别放置在两艘试验船上，垂直发射阵固定、水平拖曳接收阵以发射阵为圆心做螺旋运动，接收系统接收、处理发射声波的海底前向散射信号，而发射系统试验船的正下方的海底声散射信号主要为后向散射信号，无法被接收系统所利用，因此存在发射船下方的声图像盲区。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于大范围海底地貌探测的双频双基地声成像方法，采用两艘试验船同时搭载接收和发射系统，相隔一定距离平行航行。两艘试验船分别发射频率不同的声信号，利用频带的区分度，第一试验船接收自身海底反向散射信号和另一艘船的海底前向散射信号；第二试验船接收自身信号的海底反向散射信号；两艘船分别对散射信号进行声成像处理，获得试验船下方的照射区域以及两船之间的海底区域声图像，再进行叠加和拼接，最终得到大范围海底地貌图像。本发明方法利用海底前向散射信号和后向散射信号，可以实现大范围海底成像，解决了单基地成像声呐系统只利用海底后向散射信号，成像效率低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：双频双基地声成像系统包括第一试验船和第二试验船，第一试验船和第二试验船相隔固定距离在海面平行航行；第一试验船和第二试验船都分别搭载有信号发射系统和接收系统；