一种合成孔径声纳快速实时成像方法

摘要

本发明提供一种合成孔径声纳快速实时成像方法，该方法根据运动误差查表获取声波从像素点到空间采样点的精确传播延时，并利用阵元单个空间采样点回波数据的反向传播结果与过程图像相干叠加，进行孔径合成，具有成像精确、计算量小、回波数据零库存和便于大规模流水线处理的优点，能够实现对海底的远距离、大场景的高分辨率快速实时成像。

主权项

1.一种合成孔径声纳快速实时成像方法，其特征在于：该方法利用阵元单个空间采样点所采集回波数据的反向传播结果，与缓存的过程图像相干叠加，实现快速实时合成孔径处理，其具体步骤为：步骤一：假设声纳平台运动轨迹为直线，预存声信号从阵元波束范围内各像素点到阵元的传播延时表$\tau =\left[{\tau }_{k,n}\right]\in Q^{L_{\mathrm{SA}}\times N},$其中${\tau }_{k,n}=2\sqrt{x_k^2+{r_n}^2}/c,$τ_k,n是像素点到阵元空间采样点的传播延时，x_k是阵元空间采样点(x_i,0)到像素点(x_m,r_n)的相对方位，即阵元在虚拟孔径中的方位位置，x_k=x_i-x_m，k为相对方位对应的像素点个数，k=i-m，n为像素点与阵元相对距离对应的像素点个数，L_SA为一个虚拟孔径长度内的方位向像素点个数，N为距离向像素点个数，c为水声声速，Q表示有理数集合；步骤二：参考阵元波束覆盖范围，开辟一个相同大小的过程图像缓存区B，$B=\left[b_{k,n}\right]\in C^{L_{\mathrm{SA}}\times N},$其中C表示复数集合；步骤三：回波数据接收并匹配滤波后，首先将光纤罗经和冗余相位中心算法相结合进行多源运动估计，并通过坐标系转换，计算出载体运动误差在空间采样点i处引入的阵元位置误差(Δx_i,Δr_i)；步骤四：根据阵元位置误差(Δx_i,Δr_i)，查表取传声播延时作为像素点(x_m,r_n)到阵元空间采样点(x_i,0)的传播延时，其中Δk_i=round(Δx_i/δ_x)、Δn_i=round(Δr_i/δ_r)，δ_x、δ_r分别为方位向和距离向像素点间隔，round表示取整数；步骤五：根据传播延时，将阵元在空间采样点位置(x_i,0)接收的回波数据e_i(t)反向传播到各像素点，并与缓存的过程图像相干叠加，进行孔径合成处理，即$B(k,n)=B(k,n)+e_i\left({\tau }_{k+{\mathrm{\Delta k}}_i,n+{\mathrm{\Delta n}}_i}\right);$步骤六：沿声纳航行反方向，将孔径合成处理结果搬移一个空间采样点间隔，即B(k+q,n)=B(k,n)，此时缓存区会自动溢出像素点B(L_SA+1,n)□B(L_SA+q,n)，自动溢出像素点均已完成虚拟孔径的合成处理，可以输出送显示，其中q为一个空间采样点间隔对应的方位向像素点个数；步骤七：保存缓存区的过程图像，接收下一空间采样点接收的回波数据e_i+1(t)，回到步骤三。