[发明专利]多子阵合成孔径声纳脉内多普勒频移补偿逐线成像方法

说明书

本发明属于合成孔径声纳成像算法技术领域，公开了一种多子阵合成孔径声纳脉内多普勒频移补偿逐线成像方法，采用二维频域的相位相乘处理或距离多普勒域的插值处理校正脉内多普勒频移导致的额外的距离徙动。通过数据预处理，将多接收子阵回波数据转换为收发合置形式的回波数据；对收发合置形式的回波数据进行二维傅里叶变换，将其变换到二维频域；在二维频域通过相位相乘校正额外的距离徙动；对额外的距离徙动校正后的回波数据采用传统收发合置成像算法进行成像处理。本发明有效解决了合成孔径声纳在高测绘速率(和)高方位分辨率情形下成像质量下降问题，且算法运算量的增加极小。

技术领域

本发明属于合成孔径声纳成像算法技术领域，尤其涉及多子阵合成孔径声纳脉内多普勒频移补偿逐线成像方法。

背景技术

合成孔径成像利用多普勒频移得到高方位分辨率图像，现有的多子阵逐线成像算法仅考虑脉间多普勒频移，忽略脉内多普勒频移。然而，脉内多普勒频移会导致线性调频信号匹配滤波输出中产生时移^[1]，从而导致额外的距离徙动。随着合成孔径声纳在民用和军事中应用范围的拓宽，测绘速率(平台速度和最大作用距离的乘积)和分辨率不断提高，导致额外的距离徙动变大。当额外的距离徙动超过距离分辨单元时，或等价于声纳平台脉内的移动距离(平台速度和脉冲宽度的乘积)超过方位分辨单元，成像处理时必须对额外的距离徙动进行校正。因此多子阵合成孔径声纳在高测绘速率希望得到高方位分辨率图像时，脉内多普勒频移不能忽略。采用现有的多子阵逐线成像算法，得到的图像将出现分辨率下降甚至散焦问题。

高测绘速率高方位分辨率合成孔径成像，必须重新建立脉内多普勒频移的成像信号模型，并推导多子阵合成孔径声纳脉内多普勒频移补偿逐线成像方法。Hayes等人^[2-4]对从理论上对单子阵合成孔径声纳的脉内多普勒效应进行了分析，但并没有建立考虑脉内多普勒频移的信号模型；Pailhas等人^[5]考虑声纳平台的脉内运动建立了近似的信号模型，但由于信号模型复杂，只实现了利用逐点算法补偿脉内多普勒频移，难以应用于逐线算法中。

多子阵合成孔径声纳脉内多普勒频移补偿逐线成像方法可以通过二维频域的相位相乘处理或距离多普勒域的插值处理校正脉内多普勒频移导致的额外的距离徙动，从而实现高测绘速率高方位分辨率成像。相位相乘所需运算量极少，而距离多普勒域的插值处理可以与距离-多普勒算法中的距离徙动校正插值处理结合，因此校正额外的距离徙动引起的运算量的增加极小。高测绘速率合成孔径声纳不仅可以提升作业效率，而且平台速度快有助于保持平台稳定性，从而减少运动误差对成像的不良影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了多子阵合成孔径声纳脉内多普勒频移补偿逐线成像方法，有效解决了合成孔径声纳在高测绘速率高方位分辨率情形下成像质量下降问题，运算量增加很小。

本发明基于二维频域的相位相乘处理，对脉内多普勒频移导致的额外的距离徙动进行校正，从而实现脉内多普勒频移的补偿。

进一步，所述多子阵合成孔径声纳脉内多普勒频移补偿逐线成像方法包括以下步骤：

步骤一，通过数据预处理，将多接收子阵回波数据转换为收发合置形式的回波数据；

步骤二，对收发合置形式的回波数据进行二维傅里叶变换，将其变换到二维频域；

步骤三，在二维频域通过相位相乘校正额外的距离徙动；

步骤四，对额外的距离徙动校正后的回波数据采用传统收发合置成像算法进行成像处理。

进一步，步骤二中，所述对收发合置形式的回波数据进行二维傅里叶变换可以通过一次距离傅里叶变换和一次方位傅里叶变换实现，距离与方位傅里叶变换的顺序可进行调整，且可根据需要在两次傅里叶变换之间进行距离压缩或线频调变标处理。

进一步，步骤三中，所述相位相乘公式如下：