[发明专利]一种基于运动补偿的多波束声呐高精度成像方法

权利要求书

1.一种基于运动补偿的多波束声呐高精度成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：多波束声呐发射阵元，发射线性调频信号，并对线性调频信号进行采样，采样后的线性调频信号如式(1)所示：

式(1)中，p(n)为采样后的线性调频信号，a为发射信号的幅值，“Re()”表示实部，“exp()”是以自然常数e＝2.71828为底的指数函数，f₀是载波频率，f_s为采样频率，K为调频率，n是距离向上的时间抽样序号，n＝0,1,2,...,N-1，其中，N为采样点总数；

步骤二：获取设定在远场条件下，以接收阵列中心为基准，各子阵元相对于接收阵列中心点产生的时延，获取时延的公式如式(2)所示：

式(2)中，i为接收子阵元序号，i＝0,1,2,...,M-1，M为接收阵元的总个数；设各子阵元均匀分布，d为相邻子阵元之间的间隔；θ为探测目标产生的回波与接收阵元法线的夹角，c为声速；不同接收子阵元，产生的时延不同，由此各个子阵元回波信号，如式(3)所示：

式(3)中，b_i为不同接收子阵元信号传播引起的幅度衰减因子；

步骤三：运动测量单位提供声呐载体的横荡误差x'和升沉误差y'，载体位置与目标点之间的实际距离如式(4)所示：

其中，l₀为目标点到接收基阵中心阵元的理想距离，进而求出距离误差值Δl，如式(5)所示：

将距离误差值进行简化，由于式(6)所示的条件：

|x'sinθ-y'cosθ||l₀+x'cosθ+y'sinθ| 式(6)

得到近似距离误差值如式(7)所示：

步骤四：由计算时延误差值τ_b，如式(8)所示：

然后对式(2)进行补偿，从而得到实际的回波延时Δτ_i'，如式(9)所示：

步骤五：经运动补偿后，得到实际回波信号p'(i,n)，如式(10)所示：

步骤六：对补偿后的回波信号进行时域傅里叶变换，表达式如式(11)所示：

式(11)中，f＝0,1,2,...,N-1；

再对式(11)进行空间域傅里叶变换，表达式如式(12)所示：

式(12)中，k＝0,1,2,...,M-1；

步骤七：按式(13)对p(n)进行离散傅里叶变换：

对式(13)取复共轭后与式(12)相乘后得到的结果如式(14)所示：

Y(k,f)＝B(k,f)P^*(f) 式(14)

式(14)中，“()^*”为取复共轭；

按式(15)对Y(k,f)进行离散傅里叶逆变换，如式(15)所示:

步骤八：对y(k,n)取模后平方，并通过一阶巴特沃斯低通滤波器进行滤波，滤波后输出信号为q(k,n)；

一阶巴特沃斯低通滤波器幅度平方函数如式(16)所示：

式(16)中，ω为角频率，取值范围为|ω|π，ω_c为截止角频率且ω_c＝2πKN/f_s；

步骤九：由于多波束声呐的波束角度覆盖范围为[-90°,90°]，目标角度分辨率为α，内插后的预成波束角度个数为为天花板函数，预成波束的角度在[-90°,90°]内均匀取值，设为β_w，其中w＝[0,1,2,...,W-1]，求得其对应的角度域坐标如式(17)所示：

式(17)中，λ为载波波长；

在序列k中选取区间[k',k'+1]，使得其中k'＝0,1,2,...,M-2，是序列k的子集；然后按式(18)对q(k,n)进行处理，得到

步骤十：对所有预成波束角度通过步骤九求得相应的后，对进行取模，获得目标图像。