[发明专利]大范围海底地貌遥测的双基地声学成像方法

摘要

一种大范围海底地貌遥测的双基地声学成像方法，包括以下步骤：S1、垂直阵指向性发射信号照亮预定海底，同时水平阵以垂直阵为中心按螺旋线拖曳路径行进，接收预定海底的散射信号；S2、对接收的散射信号做匹配滤波和波束形成处理，得到“时间‑角度”图像；S3、利用三维成像单元归位算法将“时间‑角度”图像映射到笛卡尔坐标系；S4、对成像单元归位结果图进行增益补偿，得到某一位置的海底散射强度分布图；S5、将多位置的海底散射强度分布图叠加、拼接，最终得到大范围海底地貌图像。该方法的优点是：可同时接收前向、后向散射信号，并保证大范围内的成像分辨力，可应用于中深度海域甚至深海，并能有效消除水平阵的锥角模糊及距离向模糊干扰。

主权项

1.大范围海底地貌遥测的双基地声学成像方法，包含以下步骤：/nS1、垂直发射阵选择不同的指向发射角度照亮预定海底，同时水平阵以垂直阵为中心按照螺旋线拖曳路径行进，接收预定海底的散射信号；/nS2、对接收到的散射信号进行信号预处理。利用匹配滤波方法估计信号的到达时间τ(传播时延)，利用波束形成方法估计信号的到达角度(波达角)，得到“时间-角度”图像；/nS3、利用三维成像单元归位算法将“时间-角度”图像映射到笛卡尔坐标系，当声线与海底接触一次，求解优化方程/n /n其中，H为海水深度，为水平接收阵的方向矢量，(xR,yR,zR)为水平接收阵参考阵元坐标，(xS,yS,zS)为垂直发射阵参考阵元坐标，(x₀,y₀,z₀)＝[(xS,yS,zS)+(xR,yR,zR)]/2为二者中点，A＝cτ，c为水中声速，/n当声线与海底接触两次，则将上述方程中带有(xS,yS,zS)的值替换为(xS',yS',zS')，(xS',yS',zS')为(xS,yS,zS)关于海面的对称点。/n求解得到的(x,y,z)是散射脚印在笛卡尔坐标系中的坐标；/nS4、根据声呐方程对成像单元归位结果图进行增益补偿，可得到对应垂直发射阵-水平接收阵位置的(即某一对入射角度-散射角度的)海底散射强度分布图。海底散射强度(BSL，Bottom Scatter Level)可表示为/n /n其中，L_p为接收的声压经匹配滤波和波束形成输出后的分贝级，SL为声源级，为声源到每个散射脚印的频率平均传播损失，为每个散射脚印到接收阵的频率平均传播损失，和可根据环境参数由仿真软件计算获得，L_A为系统的分辨力增益/nL_A＝10log₁₀dsdr (4)/n /n其中，r为散射点距水平接收阵参考阵元的距离，为水平接收阵角度分辨力，dr为双基地系统距离向(纵向)分辨力；/nS5、随水平接收阵的移动，多次重复步骤S1-S4，将水平接收阵在不同位置的海底散射强度分布图叠加、拼接，最终得到大范围海底地貌图像。/n