【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理，特别涉及一种多子阵合成孔径声纳的成像方法和成像系统以及计算装置。
技术介绍
1、目前，合成孔径技术是将常规侧扫声纳的方位分辨率提高一个数量级的有效技术，其原理是利用小孔径基阵的匀速直线运动在方位向上虚拟合成一个大孔径基阵，由于这个虚拟的孔径正相关于测绘距离，所以方位分辨率具有与作用距离和工作频率无关的特性。合成孔径成像是合成孔径声纳信号处理的核心内容，是获取高分辨图像和后期干涉信号处理的关键因素。根据线性系统的观点，可以将合成孔径声纳等效为一个线性系统，系统的输入是散射场的二维声散射函数，系统的输出就是合成孔径声纳系统所接收到的目标回波信号，将合成孔径声纳系统中这个接收信号的过程看成一个正向过程，那么对场景目标声散射特性的求取就是一个逆向重构过程，也就是说合成孔径成像的任务就是在合成孔径声纳系统接收到的回波和系统转移函数基础上重构成像场景的二维声散射场。
2、一般来说，传统多子阵合成孔径声纳距离-多普勒成像算法同时会面临解析二维频域系统函数推导误差以及距离-多普勒成像算法工程实现误差两个方面的问题，为方便描述，这里将这两类误差统称为系统误差，由于系统误差的二维空变性，往往会面临距离向分块进行误差补偿的问题，这又会带来成像效率与成像质量的问题。传统多子阵合成孔径声纳距离-多普勒成像算法在进行误差补偿时，往往需要把二维数据在距离向划分成较窄的数据块以提升误差补偿质量，从而提升最终的合成孔径声纳图像聚焦质量。距离向较窄的数据块划分方式使得距离向的数据块数量增加，从而增大了运算量，这不利于多子阵合成孔
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种多子阵合成孔径声纳成像方法和成像系统以及计算装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述技术问题的解决，本专利技术提供了一种多子阵合成孔径声纳的成像方法，其包括如下步骤：
3、s1、将多子阵合成孔径声纳二维频域系统函数划分为系统误差、参考目标相位误差、距离-多普勒成像算法所需的相位函数；
4、s2、利用傅里叶变换将每个接收阵元的数据转换至二维频域内，并进行距离向的脉冲压缩处理；
5、s3、根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，针对每个接收阵元的数据在二维频域利用数据分块方法进行系统误差校正；
6、s4、根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，推导距离与方位二维耦合造成的二次距离压缩调频因子；
7、s5、针对每个接收阵元系统误差补偿后的数据，在二维频域进行参考目标相位误差的补偿；
8、s6、针对每个接收阵元系统误差补偿后的数据，在距离-多普勒域进行距离徙动校正；
9、s7、针对每个接收阵元参考目标相位误差补偿后的数据，在距离-多普勒域进行方位脉冲压缩；
10、s8、针对每个接收阵元方位压缩后的数据，在距离-多普勒域进行数据相干融合，并完成方位向偏移校正；以及
11、s9、针对每个接收阵元方位偏移校正后的数据，进行方位向傅里叶逆变换，便得到最终的多子阵合成孔径声纳高分辨率图像。
12、作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，将多子阵合成孔径声纳二维频域系统函数划分为系统误差、参考目标相位误差、距离-多普勒成像算法所需的相位函数，其计算公式如下：
13、ψ(fτ,ft；r)＝δm(fτ,ft；r)+ψ3(fτ,ft；r0)+ψ4(fτ,ft；r')，
14、其中参数ft，fτ分别为方位向的多普勒频率与距离向的瞬时频率，参数r表示以声纳平台为参考的斜距，关系式r'＝r-r0表示基于参考目标的斜距，参数r0表示参考目标的斜距，函数ψ(fτ,ft；r)表示多子阵合成孔径声纳的二维频域系统函数，函数δm(fτ,ft；r)为系统误差，主要是二维频域系统函数以及距离-多普勒成像算法相位函数推导过程中近似而造成的，参数m(1≤m≤m)表示接收阵元的索引，参数m表示接收阵元的总数，函数ψ3(fτ,ft；r0)为参考目标相位误差，函数ψ4(fτ,ft；r')为距离-多普勒成像算法所需的相位函数，其中函数δm(fτ,ft；r)、ψ4(fτ,ft；r')的通用表达式分别为：
15、δm(fτ,ft；r)＝ψ(fτ,ft；r)-ψ3(fτ,ft；r0)-ψ4(fτ,ft；r-r0)，
16、
17、其中参数c表示水声声速，参数fc表示载频，参数v表示声纳运动速度，参数dm表示第m个接收阵元与发射阵元之间的距离，参数λ表示与载频相对应的波长，参数ρm是距离向斜距尺度因子，值得说明的是传统算法仅考虑ρm＝1的情况，而本专利技术的所述多子阵合成孔径声纳的成像方法完全考虑了ρm≠1情况下的距离-多普勒成像算法设计，同时还兼顾了ρm＝1情况下的传统距离-多普勒成像算法，参数β是一个由水声声速、声纳平台速度、方位向多普勒频率、距离向瞬时频率决定的中间临时变量。
18、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，利用傅里叶变换将每个接收阵元的数据转换至二维频域内，并进行距离向的脉冲压缩处理，其计算公式如下：
19、
20、其中符号*表示复共轭处理，参数p(fτ)表示发射线性调频信号的频谱，参数γ表示线性调频信号的调频斜率，参数j2＝-1表示虚数单位。
21、作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，针对每个接收阵元的数据在二维频域利用数据分块方法进行系统误差校正，其计算公式如下：
22、hm,q(fτ,ft；r)＝exp{jδm(fτ,ft；rc,q)}，
23、其中函数hm,q(fτ,ft；r)表示针对第m个接收阵元第q(1≤q≤q)个数据块的系统误差补偿函数，这里的参数q表示距离向所划分数据块的总数，下标m表示接收阵元的索引，参数q为在距离向所划分数据块的索引，参数rc,q为第q个数据块中参考目标的距离。
24、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数推导距离与方位二维耦合造成的二次距离压缩调频因子，其计算公式如下：
25、
26、其中函数γsrc(ft；r's)表示二次距离压缩调频因子，参数r's表示基于参考目标的参考斜距，下标m表示接收阵元的索引。
27、作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，针对每个接收阵元系统误差补偿后的数据，在二维频域进行参考目标相位误差的补偿，其计算公式如下：
28、
29、其中函数hm,q(fτ,ft；r)表示针对第m个接收阵元第q(1≤q≤q)个数据块的系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多子阵合成孔径声纳的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(a)中，将多子阵合成孔径声纳二维频域系统函数划分为系统误差、参考目标相位误差、距离-多普勒成像算法所需的相位函数的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(b)中，利用傅里叶变换将每个接收阵元的数据转换至二维频域内，并进行距离向的脉冲压缩处理的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(c)中，根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，针对每个接收阵元的数据在二维频域利用数据分块方法进行系统误差校正的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(d)中，根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，推导距离与方位二维耦合造成的二次距离压缩调频因子的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(e)中，针对每个接收阵元
7.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(f)中，距离徙动误差的表达式为：
8.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(g)中，针对每个接收阵元参考目标相位误差补偿后的数据在距离-多普勒域进行方位脉冲压缩的表达式为：
9.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(h)中，针对每个接收阵元方位压缩后的数据，在距离-多普勒域进行数据相干融合，并完成方位向偏移校正的表达式为：
10.多子阵合成孔径声纳的成像系统，其特征在于，包括：
11.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中所述划分单元用于将多子阵合成孔径声纳二维频域系统函数划分为系统误差、参考目标相位误差、距离-多普勒成像算法所需的相位函数的计算公式为：
12.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中所述转换单元用于利用傅里叶变换将每个接收阵元的数据转换至二维频域内，并进行距离向的脉冲压缩处理的计算公式为：
13.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中所述第一校正单元用于根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，针对每个接收阵元的数据在二维频域利用数据分块方法进行系统误差校正的计算公式为：
14.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中所述推导单元用于根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，推导距离与方位二维耦合造成的二次距离压缩调频因子的计算公式为：
15.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中所述补偿单元用于针对每个接收阵元系统误差补偿后的数据，在二维频域进行参考目标相位误差的补偿的计算公式为：
16.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中距离徙动误差的表达式为：
17.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中所述压缩单元用于针对每个接收阵元参考目标相位误差补偿后的数据，在距离-多普勒域进行方位脉冲压缩的表达式为：
18.根据权利要求10所述的多子阵合成孔径声纳的成像系统，其中所述第三校正单元用于针对每个接收阵元方位压缩后的数据，在距离-多普勒域进行数据相干融合，并完成方位向偏移校正的表达式为：
19.计算装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.多子阵合成孔径声纳的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(a)中，将多子阵合成孔径声纳二维频域系统函数划分为系统误差、参考目标相位误差、距离-多普勒成像算法所需的相位函数的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(b)中，利用傅里叶变换将每个接收阵元的数据转换至二维频域内，并进行距离向的脉冲压缩处理的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(c)中，根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，针对每个接收阵元的数据在二维频域利用数据分块方法进行系统误差校正的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(d)中，根据计算的单个收发阵元子系统的二维频域系统函数，推导距离与方位二维耦合造成的二次距离压缩调频因子的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(e)中，针对每个接收阵元系统误差补偿后的数据，在二维频域进行参考目标相位误差的补偿的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(f)中，距离徙动误差的表达式为：
8.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(g)中，针对每个接收阵元参考目标相位误差补偿后的数据在距离-多普勒域进行方位脉冲压缩的表达式为：
9.根据权利要求1所述的多子阵合成孔径声纳的成像方法，其中在所述步骤(h)中，针对每个接收阵元方位压缩后的数据，在距离-多普勒域进行数据相干融合，并完成方位向偏移校正的表达式为：
10....
【专利技术属性】
技术研发人员：张学波，范勇刚，张江，沈文彦，晁福斌，杨家崇，王砚梅，李树华，杨虎，
申请(专利权)人：海底鹰深海科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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