一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法及系统技术方案

技术编号：40408104 阅读：6 留言：0更新日期：2024-02-20 22:29

本发明专利技术公开了一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法及系统，包括以下步骤：计算聚焦相位中随时间变化的分母部分；计算聚焦相位中随通道数变化的定点分子部分；将得到的分子和分母进行除法，得到聚焦相位；再将聚焦相位进行余弦和正弦计算，得到聚焦系数；最后将聚焦系数与通道数据进行逐次相乘，将相乘后数据输入至常规形成器，进而完成聚焦波束形成。本发明专利技术将常规波束形成算法中的通道数据乘上一个系数即实现了聚焦波束形成，大大降低了计算量，提高了计算速度。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于声纳波束形成领域，具体涉及一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法及系统。

技术介绍

1、波束形成技术是多波束图像声呐实现目标空间成像的不可或缺手段，对于远距离成像，通常是基于平面波的声场模型进行波束形成，但对于近距离的成像，采用平面波声场模型的波束形成结果将会变得模糊甚至是不能成像，为了能在近场获得更好的成像效果就需要采用球面波的声场模型进行波束形成，也就是需要对接收信号进行近场聚焦处理。一般的聚焦波束形成实现方法在不同的采样时刻和方位角上需要的旋转矢量是不同的，需要实时的进行计算，这就导致需要大量的逻辑资源来实现这一过程，对于需要高分辨探测的场合，例如高分辨率的图像声纳，可能需要多片大容量的fpga芯片的组合，以保证实现一定波束数量前提下的高距离分辨率，但这会导致系统复杂度提高，性价比降低，设备的体积也因此而变大。

技术实现思路

1、本专利技术所为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，目的在于提供了一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法及系统，实现了在原有的常规波束形成方法技术上，对其输入的通道数据预乘上一组系数后再输入到常规波束形成器上得到聚焦波束形成结果。也就是说本专利技术实现了所有的波束角的波束形成输入都是相同的，这大大的减少了逻辑资源的消耗，提高了波束形成效率。

2、为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：

3、一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法，所述方法包括：

4、计算聚焦相位中随时间变化的分母部分、随通道数变化的分子部分；

5、利用所述分子部分除以所述分母部分，得到聚焦相位；

6、对所述聚焦相位进行余弦和正弦计算，得到聚焦系数a+j*b，其中a表示正弦项，b表示余弦项，j表示虚数单位；

7、将所述聚焦系数a+j*b与预设的通道数据c+j*d进行逐次相乘，得到常规波束形成器的输入数据(a*c-b*d)+j(a*d+b*c)，其中c表示通道数据实部，d表示通道数据虚部，j表示虚数单位；

8、将所述输入数据(a*c-b*d)+j(a*d+b*c)输入到预设的常规波束形成器，得到聚焦波束形成结果。

9、进一步，图像声呐依靠多接收阵元空间波束形成获得水平向目标分辨能力，其聚焦波束形成结果为

10、其中，为聚焦相位。

11、进一步，所述分母部分的具体表达式为t0*c3；

12、t0表示当前时刻，c表示水中声速值；其中，c只在每一个工作周期开始的时候更新，因此c3对于在同一个工作周期的时间内是个定值，而t0在不同的时刻才会更新，因此在同一时刻的时间内是个定值。

13、进一步，所述分子部分具体表达是为2πi2f0fsd2；

14、其中，i表示接收阵基元的通道编号，d为接收阵基元间距，fs为采样率，f0为信号频率，参数d、fs和f0对于一个确定的声呐系统为固定的值。

15、一种多波束图像声呐聚焦波束形成系统，所述系统包括：

16、第一计算模块：计算聚焦相位中随时间变化的分母部分、随通道数变化的分子部分；

17、第二计算模块：利用所述分子部分除以所述分母部分，得到聚焦相位；

18、正余弦计算模块：对所述聚焦相位进行余弦和正弦计算，得到聚焦系数a+j*b，其中a表示正弦项，b表示余弦项，j表示虚数单位；

19、第三计算模块：将所述聚焦系数a+j*b与预设的通道数据c+j*d进行逐次相乘，得到常规波束形成器的输入数据(a*c-b*d)+j(a*d+b*c)，其中c表示通道数据实部，d表示通道数据虚部，j表示虚数单位；

20、输出模块：将所述输入数据(a*c-b*d)+j(a*d+b*c)输入到预设的常规波束形成器，得到聚焦波束形成结果。

21、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：

22、在原有的常规波束形成方法上，对其输入的通道数据预乘上一组系数后再输入到常规波束形成器上得到聚焦的波束形成结果。即实现了所有的波束角的波束形成输入都是相同的，这大大的减少了逻辑资源的消耗，提高了波束形成效率，使得通过该方法实现的多波束图像声呐的功耗、成本、体积都得到了降低。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法，其特征在于，图像声呐依靠多接收阵元空间波束形成获得水平向目标分辨能力，其聚焦波束形成结果为

3.根据权利要求2所述的一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法，其特征在于，所述分母部分的具体表达式为t0*c3；

4.根据权利要求2所述的一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法，其特征在于，所述分子部分具体表达是为2πi2f0fsd2；

5.一种多波束图像声呐聚焦波束形成系统，其特征在于，所述系统包括：

【技术特征摘要】

1.一种多波束图像声呐聚焦波束形成方法，其特征在于，所述方法包括：

3.根据权利要求2所述的一种多波束图像声...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜伟东，周天，归丽华，胡永翔，陈宝伟，徐超，王昕阳，黄杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人