[发明专利]加权宽带时反算子分解声成像方法

权利要求书

1.加权宽带时反算子分解声成像方法，包括如下步骤：

(1)建立坐标系。设P个换能器组成的收发合置线阵，垂直放置在水中，以线阵为z轴，水平方向为r轴建立坐标系，水面为坐标原点。第一个换能器距水面的深度为z₁,第P个换能器距水面的深度为z_P；

(2)将换能器阵列接收到数据快拍排列成列向量，

y_i(t)＝[y_1i(t)…y_pi(t)…y_Pi(t)]^T，p＝1,…,P，i＝1,…,T，T表示数据快拍数；

(3)根据预定采样频率对每个数据快拍进行采样，

y_i(n)＝[y_1i(n)…y_pi(n)…y_Pi(n)]^T；

(4)对采样后的信号进行短时傅里叶变换

yi(ω)=Σm=1My1i(m)w(n-m)e-jωm···Σm=1Mypi(m)w(n-m)e-jωm---(1)]]>

其中w(n-m)为窗口函数序列；

(5)将所有的T个数据快拍排列成矩阵

Y(ω)=y11(ω)···y1T(ωω)·········yP1(ω)···yPT(ω)---(2)]]>

则时反算子为K(ω)＝Y(ω)Y^H(ω)；

(6)将时反算子划分为多个子带，进行奇异值分解：

K(ω)＝U(ω)Λ(ω)V*(ω)      (3)

(7)输出各子带非相干累加后的特征值与水平距离r的函数曲线，根据最大特征值与水平距离的函数曲线判断包含目标的时间窗，找出所对应的时反算子K_o(ω)，特征值Λ_o(ω)以及特征向量U_o(ω)和V_o*(ω)；

(8)根据特征值Λ_o(ω)设计加权系数，比较所有子带的最大特征值λ₁(ω)，找出其最大峰值λ_max，其余各子带的最大特征值与峰值λ_max的比值即为加权系数：

η(ω)＝λ₁(ω)/λ_max     (4)

(9)将感兴趣的空间区域划分为网格，网格的交点即为假定目标所在的位置(r,z)，其中r表示假定目标距收发合置阵的水平距离，z表示假定目标的水深；

(10)根据成像方法所面临的水声环境，确定所适用的传播模型，分别得到假定目标与收发合置阵之间的传递向量

g(r,z,ω)＝[g₁(z₁,r,z,ω)…g_p(z_p,r,z,ω)…g_P(z_P,r,z,ω)]^T，

其中g₁(z₁,r,z,ω)表示假定目标与第一个换能器之间的传递函数，例如，简正模传播模型的传递函数为：

g1(z1,r,z,ω)=jπejωtΣlZl(zl)Zl(z)H0(2)(κ1r)---(5)]]>

其中Z_l(·)表示第l号传播模对应的特征函数，H₀⁽²⁾(·)为汉克尔函数，κ_l表示第l号传播模对应的波数；

(11)各个子带的模糊度函数为：

I(r,z,ω)＝|g^H(r,z,ω)u₁(ω)|²        (6)

其中u₁(ω)表示Λ_o(ω)的最大特征值λ₁(ω)对应的特征向量；

(12)提取各个子带模糊度函数的最大值I_max(r,z,ω)及其对应的声场空间位置(r_max(ω),z_max(ω))；

(13)将所有子带的声场空间(r_max(ω),z_max(ω))整理为一个集合Ω(r_max,z_max)，并重新定义模糊度函数：

I(r,z,ω)=0,(r,z)∉Ω(rmax,zmax)I(r,z,ω),(r,z)∈Ω(rmax,zmax)---(7)]]>

(14)对所有子带的模糊度函数进行加权累加：

I_end(r,z,ω)＝Ση(ω)I(r,z,ω)      (8)

将最终获得的模糊度函数显示为距离r和深度z的三维图像，可确定目标所对应的二维空间区域。