[发明专利]一种二维多波束合成孔径声呐目标回波仿真方法

权利要求书

1.一种二维多波束合成孔径声呐目标回波仿真方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：通过旋转矩阵计算载体中心的实际运动轨迹，根据运动轨迹和二维基阵的阵列流型计算发射阵元和各接收阵元在不同采样时刻的空间位置分布；

步骤二：根据“声亮点”模型利用表面切线分割立体目标，生成能够被声波照射到的表面独立亮点；

步骤三：设定目标沉底区域，根据不同走航位置计算生成水底影区和水底亮点区域，影区部分不会产生有效的亮点回波，水底亮点区域模拟水下地形；

根据需要仿真的区域首先划定水底亮点区域，首先采用平海底假设均匀划分亮点区域，其次加入所需的起伏量，模拟海底粗糙不平的形式；根据射线声学理论，计算仿真目标各表面的法向量，利用发射阵元与仿真目标边界计算出射线两点式方程，在底面投影计算出投影区域的边界坐标；根据不同的走航位置约束边界位置的描述方程，划分出立体目标在底面的投影区域；

步骤四：利用扫描亮点位置与各基元之间的声程计算单一亮点回波时延，结合使用的探测信号形式计算得到单一亮点的回波信号；

步骤五：将多个亮点回波累加至接收基元，遍历各采样位置获得最终所需的目标回波。

2.根据权利要求1所述的一种二维多波束合成孔径声呐目标回波仿真方法，其特征在于：步骤一具体是：通过旋转矩阵和二维基阵的阵列流型计算不同时刻发射阵元和各接收阵元的空间位置矩阵P_T1和P_r1为：

其中：基阵沿x轴旋转的纵摇角为α，沿y轴旋转的横摇角为β，沿z轴旋转的艏向角为由此定义旋转矩阵M_α、N_β、定义基阵沿三个坐标轴方向的平移矩阵P_Δ，发射阵元的初始位置矩阵为P_T0，接收基阵的初始位置矩阵为P_r0。

3.根据权利要求1或2所述的一种二维多波束合成孔径声呐目标回波仿真方法，其特征在于：步骤二具体是：对于仿真的立方体目标，采用分别与水平向、航迹向和深度向平行的切线均匀分割表表面亮点；对于球体目标，采用球坐标系下按照经纬度均匀划分亮点间隔；对于圆柱体目标，在柱坐标系下划分圆柱体及上下表面的亮点目标；最终，通过坐标变换给出划分出亮点目标在笛卡尔坐标系下的空间位置；当需要验证成像算法在角度向上的分辨力时，也可在y-r-θ混合坐标系下进行仿真目标回波时延的推导，即仿真可以在笛卡尔坐标系下也可在航迹向-斜距向-角度向坐标系下开展。

4.根据权利要求3所述的一种二维多波束合成孔径声呐目标回波仿真方法，其特征在于：步骤四具体是：需要根据各扫描点位置计算接收阵元至亮点之间的时延，从而计算接收到的信号回波；假设在合成孔径起始位置，发射基元坐标(x₀,y₀,z₀)，目标所在位置坐标(x_T,y_T,z_T)，则目标距发射基元距离表示为：

基阵沿航迹向运动时间τ后，换能器基阵中第k条接收阵的第n基元所处位置坐标为(x_k(n),y_k(n),z_k(n))，则目标位置距该基元的距离表示为：

当水中声速为c时，声波的双程传播距离为cτ，得到双程传播距离与时间的关系：

R₁+R₂＝cτ

当基阵从零点位置开始以速度v匀速直线运动时，典型时延解为：

5.根据权利要求4所述的一种二维多波束合成孔径声呐目标回波仿真方法，其特征在于：步骤五具体是：将多个亮点目标的时延信号叠加在各接收阵元上，获得所需的立体目标仿真回波，累加公式为：

其中，s(n,t)表示第n号基元接收到的回波信号，A为接收到信号的幅值，s_T(t)为发射信号，共计有M个声亮点回波信号被叠加在第n号基元上。