[发明专利]加权宽带时反算子分解声成像方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋资源开发和利用的声探测领域，具体的说是一种采用阵列对点目标和扩展性目标进行声成像的方法。

背景技术

由于声波在水中传播的性能优于光波和电磁波，所以，应用于海洋资源的探测基本上是以声学手段为主。目前实际应用于声纳系统的空间处理技术仍然是以上世纪五、六十年代兴起并发展起来的以白噪声背景和自由场传播条件下的平面波波束形成。然而，在浅海环境下，传统的基于平面波模型的处理方法不再适用，由于声信号在海洋中的传播呈现多路径/多简正模状态，很容易造成检测过程中的伪目标或虚影现象，影响声纳系统的检测性能。时反处理从上世纪末开始应用于水声领域，是目前颇有应用前景的主动目标探测手段，时反算子分解是通过分析目标散射矩阵达到聚焦发射、定位以及成像目标的一种方法。

然而，目前时反算子分解方法是每个频点对应一个目标散射矩阵，每个频带单独处理的方式，存在如下缺点：(1)宽带信号的处理通常采用仅仅考虑中心频率或者整个频段的处理结果非相干累加的方式，没有有效地利用宽带信号的信息；(2)特别是波导环境中的扩展性目标，由于受目标本身的散射特性、波导传播效应以及换能器与频率的关系等因素的影响，最终表现出的目标散射特性是频率的函数，而目前处理过程中并没有考虑和利用这种散射特性。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种加权宽带时反算子分解声成像方法，在现有的时反算子分解方法的基础上，有效地利用目标散射特性和宽带信息，从而达到消除伪目标以及有效显示扩展性目标空间特征的目的。

本发明提出的加权宽带时反算子分解声成像方法，提取每个子带模糊度函数的最大值以及相应的二维声场空间，根据最大特征值与频率的函数关系设计加权系数，加权子带的模糊度函数，并将加权后的模糊度函数相干累加，将最终结果显示为三维声场图像，确定目标的二维声场空间。

下面对本发明方法做进一步说明。

对环境的声学参数如水深、声速剖面、密度、沉积层参数等有足够了解的情况下，按如下步骤完成目标的三维声学图像及目标空间位置的识别：

(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