一种单发正交分时发射合成孔径声纳、成像方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种单发正交分时发射合成孔径声纳、成像方法及设备，该成像方法包括：控制一个发射阵在单个脉冲周期内分时发射至少两个正交信号；通过至少一个接收阵元接收正交信号的目标反射的回波信号；该接收阵元包括与正交信号数量相等的接收子通道，每个接收子通道对应接收一个正交信号对应的回波信号；分别对各接收子通道接收的不同回波信号进行脉冲压缩，并按照发射阵和各接收子通道的等效相位中心均匀排列的方式将压缩后的回波信号合成为长接收阵数据；本发明专利技术采用一个发射阵以较高的脉冲重复频率依次循环发射多个正交信号，利用发射信号的自身正交性，无需利用多个发射阵增加空间采样位置，可大大降低设备长度、系统复杂性和成本。

A single orthogonal time-sharing synthetic aperture sonar, imaging method and equipment

【技术实现步骤摘要】
一种单发正交分时发射合成孔径声纳、成像方法及设备
本专利技术属于合成孔径声纳
，更具体地，涉及一种单发正交分时发射合成孔径声纳、成像方法及设备。
技术介绍
合成孔径声纳技术是一种新型的水下成像技术，主要用于高分辨海底测绘。多接收子阵技术的应用，解决了合成孔径声纳成像系统方位分辨率与ACR的矛盾，这里测绘速率(ACR)定义为最远距离与声纳平台运动速度的乘积ACR＝Rv，使得合成孔径声纳成像系统能够在保证高的方位分辨率的前提下，大大提高系统的测绘速率ACR。如果需要同时满足距离模糊与高方位分辨率的要求，系统的测绘速率ACR＝c*L/4，其中，c为声速，L为整个接收阵长度。由此可见，要想获得高的测绘速率，就需要接收阵长度更长，而长的接收阵会严重增加声纳的成本和系统复杂度。
技术实现思路
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种单发正交分时发射合成孔径声纳、成像方法及设备，采用一个发射阵以较高的脉冲重复频率依次循环发射多个正交信号，利用发射信号的自身正交性，在不增加信号处理复杂度和换能器阵列长度的情况下，将平台运动速度提高数倍，或者在不增加信号处理复杂度和平台运动速度的情况下，大幅度降低换能器阵列长度，或者一定程度上同时改善二者限制，从而克服了上述测绘速率与接收阵长的矛盾。为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种单发正交分时发射合成孔径声纳，包括一个发射阵，所述发射阵在一个脉冲周期内分时发射至少两个正交信号，该发射阵在不同脉冲周期循环发送所述至少两个正交信号。优选的，上述单发正交分时发射合成孔径声纳，还包括沿平台运动方向排列的至少一个接收阵元，用于接收所述正交信号的目标反射的回波信号；所述接收阵元包括与单个脉冲周期内发射的正交信号数量相等的接收子通道，每个所述接收子通道对应接收一个正交信号对应的回波信号。优选的，上述单发正交分时发射合成孔径声纳，所述正交信号为正负调频信号、相位编码信号、不同频信号中的任意一种。按照本专利技术的第二个方面，还提供了一种单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法，该方法包括：S1：控制一个发射阵在单个脉冲周期内分时发射至少两个正交信号，且该发射阵在不同脉冲周期循环发送所述至少两个正交信号；S2：通过沿平台运动方向排列的至少一个接收阵元接收所述正交信号的目标反射的回波信号；所述接收阵元包括与单个脉冲周期内发射的正交信号数量相等的接收子通道，每个所述接收子通道对应接收一个正交信号对应的回波信号；S3：分别对各接收子通道接收的不同回波信号进行脉冲压缩，并按照发射阵和各接收子通道的等效相位中心均匀排列的方式将脉冲压缩后的回波信号合成为长接收阵数据。优选的，上述单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法，还包括：对合成的长接收阵数据进行相位补偿，并利用成像算法进行成像处理。优选的，上述单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法，当发射阵和各接收子通道的等效相位中心无法均匀排列时，对回波信号进行非均匀处理或插值处理。优选的，上述单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法，所述正交信号为正负调频信号、相位编码信号、不同频信号中的任意一种。按照本专利技术的第三个方面，还提供了一种单发正交分时发射合成孔径声纳成像设备，包括一个发射阵、沿平台运动方向排列的至少一个接收阵元以及控制器；所述控制器包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元；其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元控制发射阵和接收阵元执行上述任一项所述方法的步骤。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术提供的一种单发正交分时发射合成孔径声纳、成像方法及设备，采用沿平台运动方向的一个发射阵按较小的脉冲重复时间(较高的脉冲重复频率)依次循环发射多个正交信号，经由沿平台运动方向的一组接收阵元实现回波信号的接收。在基本不增加信号处理复杂度的情况下，大大提高平台运动速度限制(等效为缩短换能器阵尺寸)，改善接收阵长、平台运动速度以及最远测绘距离的矛盾，进而提高测绘速率；相比较于多发或多频发射体制，该方法充分利用发射信号的自身正交性，无需利用多个发射阵增加空间采样位置，可大大降低设备长度、系统复杂性和成本。附图说明图1是本专利技术实施例提供的单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的图例说明；图3是传统单发多接收阵元合成孔径声纳成像的空间分布示意图；图4是本专利技术实施例提供的三个正交信号发射的时间划分的示意图；图5是本专利技术实施例提供的相邻两个脉冲周期各收发阵元的空间分布的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是本实施例提供的一种单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法的流程图，参见图1所示，该方法包括以下步骤：S1：控制一个发射阵在单个脉冲周期内分时发射至少两个正交信号，且该发射阵在不同脉冲周期循环发送所述至少两个正交信号；图3是传统单发多接收阵元合成孔径声纳成像的空间分布示意图；图4是本实施例提供的单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法中三个正交信号发射的时间划分的示意图；图5是本实施例提供的单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法中相邻两个脉冲周期各收发阵元的空间分布的示意图。参见图3～5，以包含六个沿平台运动方向排列的接收阵元的接收阵为例进行说明；传统的单发多接收阵元合成孔径声纳成像方法采用单发射多接收的形式，在单个脉冲周期内(PING1、PING2)发射阵仅发射一个信号，六个接收阵元分别接收该信号的目标反射回波信号，即在单个脉冲周期内接收阵共收到六个可用于成像的回波信号。本实施例提供的单发正交分时发射合成孔径声纳中，发射阵在一个脉冲周期内(PING1、PING2，…)依次分时发射三个正交信号(S1、S2、S3)，多个脉冲周期内相邻的正交信号之间的时间间隔相等；本实施例将第一个脉冲周期PING1等分为ping11、ping12、ping13，在ping11、ping12、ping13三个时间间隔内发射阵依次发射正交信号S1、S2、S3；同样的，将第二个脉冲周期PING2等分为ping21、ping22、ping23，在ping11、ping12、ping13三个时间间隔内发射阵再依次发射S1、S2、S3，正交信号发射的时间划分如图4所示，各收发阵元的空间分布如图5所示。本实施例采用单个发射阵循环发射三个正交信号，正交信号是指互相关系数远小于自相关系数的信号，本实施例中采用的正交信号包括但不限于正负调频信号、相位编码信号、不同频信号等。S2：通过沿平台运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单发正交分时发射合成孔径声纳，其特征在于，包括一个发射阵，所述发射阵在一个脉冲周期内分时发射至少两个正交信号，且该发射阵在不同脉冲周期循环发送所述至少两个正交信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种单发正交分时发射合成孔径声纳，其特征在于，包括一个发射阵，所述发射阵在一个脉冲周期内分时发射至少两个正交信号，且该发射阵在不同脉冲周期循环发送所述至少两个正交信号。


2.如权利要求1所述的单发正交分时发射合成孔径声纳，其特征在于，还包括沿平台运动方向排列的至少一个接收阵元，用于接收所述正交信号的目标反射的回波信号；
每个所述接收阵元包括与单个脉冲周期内发射的正交信号数量相等的接收子通道，每个所述接收子通道对应接收一个正交信号对应的回波信号。


3.如权利要求1或2所述的单发正交分时发射合成孔径声纳，其特征在于，所述正交信号为正负调频信号、相位编码信号、不同频信号中的任意一种。


4.一种单发正交分时发射合成孔径声纳成像方法，其特征在于，包括：
S1：控制一个发射阵在单个脉冲周期内分时发射至少两个正交信号，且该发射阵在不同脉冲周期循环发送所述至少两个正交信号；
S2：通过沿平台运动方向排列的至少一个接收阵元接收所述正交信号的目标反射的回波信号；所述接收阵元包括与单个脉冲周期内发射的正交信号数量相等的接收子通道，每个所述接收子通道对应接收一个正交信号对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海亮，
申请(专利权)人：宁波羽声海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33