斜视合成孔径声呐NLCS成像算法研究
发布时间：2020-12-15 15:07
合成孔径声呐（Synthetic Aperture Sonar,SAS）是一种具有较高分辨率的新型水下成像设备,在水下探测、海底成像等领域具有广泛应用。合成孔径声呐在水下使用特定装置发射声波信号形成波束对海底区域进行扫描,并利用合成孔径、信号处理等技术对接收的回波信号进行相关处理来实现对海底区域的成像。合成孔径声呐有正侧视和斜视两种成像模式。正侧视模式的合成孔径声呐波束指向垂直于声呐的运动方向且固定不变,这导致其应用面较窄;斜视合成孔径声呐的波束指向可以在一定范围内发生改变,具有较强的灵活性,不仅能探测SAS的前方或后方区域,还可以提高发射源的隐蔽性和安全性,因而具有更广阔的应用前景。目前关于斜视SAS成像算法的研究相对较少,由于斜视SAS的回波数据存在多普勒调频效率低、合成孔径时间较长、距离-方位耦合剧烈等诸多问题,导致传统的合成孔径声呐成像算法如距离多普勒算法、调频变标算法等不再适用。因此,本文重点研究适用于斜视合成孔径声呐的非线性调频变标（Non-Linear Chirp Scaling,NLCS）成像算法,并对其做了改进,具体内容如下:针对斜视SAS回波信号的距离方位耦合量较大...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
改进圆模型距离徙动校正后的结果
21 302 2222130 4032222404+( )( )2 2( )( )3 3 6+( )( )4 8c cc m ccc m cm ck t t tkk k tk t t tkkt t (4.27)式(4.27)中，常数项表示距离偏移量，其余各项表示残余距离徙动后的偏移误差。经过上述处理，高阶的距离徙动校正的滤波函数如下：20 2 30 3 404 21( , ; ) exp ( )2BSRC r m cref m m m rr c c ck k kH f t r j t t t fK cf cf cf (4.28)其中 ki0（i=2,3,4）表示参考点斜距展开式系数。与传统的距离向处理方式相比，本章提出的圆模型对距离徙动的校正具有更好的效果。为了验证这一结论，接下来对使用圆模型进行距离徙动校正的结果进行仿真实验，选取五个点目标，分别位于方位向时间的 0 时刻、距离向 360m，400m，440m 处，以及方位时间±4.5s时刻、距离向 400m 处，对点目标的合成孔径时间为 4.53s。距离徙动校正后的效果如图 4.4和 4.5 所示，其中图 4.5 为图 4.4 中左侧边缘点处理结果放大效果图。
图 4.6 传统方法距离徙动校正后的结果 图 4.7 左侧边缘点处理结果放大后的效果图图 4.5 中边缘点目标距离徙动校正后，回波信号在方位向上已经被完全拉直，图 4.7 中边缘点目标的回波信号在方位向上出现一定的偏差，这将对接下来的方位压缩产生不利影响，最终导致的成像效果不佳。4.3 基于圆模型的方位向处理4.3.1 多普勒相位的方位空变性分析经过剩余距离徙动校正，将信号转变到距离时域方位频域，并展开成方位频域的频率 fa的泰勒级数： 2 33 0 1 2 3( ; , ) exp ( , ) ( , ) ( , ) ( , )a c c c c c c a c c a c c aS f r t j r t r t f r t f r t f (4.29)其中 0表示常数项，和 1表示线性相位，该项包含点目标的方位向位置信息， 2=-π/Ka和 3反映了方位向调制信息，其中方位向的多普勒调频率2 22 cosacvKr (4.30)可以看出具有相同初始距离 R(0;rc,tc)的点目标在经过距离徙动校正之后将处于同一距离单元，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于椭圆模型与改进NLCS的一站固定式大基线双站SAR成像算法[J]. 钟华,胡剑,张松,孙闽红. 电子与信息学报. 2016(12)
[2]合成孔径声纳技术以及在海底探测中的应用研究[J]. 杨敏,宋士林,徐栋,王小丹. 海洋技术学报. 2016(02)
[3]掩埋海底管道探测方法及新技术应用研究[J]. 杨敏,宋湦,王芳,宫文宁. 海洋科学. 2015(06)
[4]宽带宽测绘带SAS非线性线频调变标算法[J]. 田振,唐劲松,钟何平,张森. 哈尔滨工程大学学报. 2015(04)
[5]工程可实现的多接收阵SAS精确逐点成像算法[J]. 张学波,唐劲松,王飞,白生祥,刘丹丹. 海军工程大学学报. 2014(02)
[6]发达国家推进海洋经济发展的经验借鉴[J]. 谢丽威. 环渤海经济瞭望. 2014(02)
[7]基于方位非均匀采样的多子阵合成孔径声呐波数域成像算法[J]. 杨海亮,唐劲松,陈鸣,陈昕. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2011(05)
[8]水声探测技术综述[J]. 黄威. 中国新技术新产品. 2010(05)
[9]合成孔径成像激光雷达成像算法研究[J]. 郭亮,邢孟道,梁毅,唐禹. 光子学报. 2009(02)
[10]线性调频脉冲压缩技术及其在雷达系统中的应用[J]. 翟庆林,张军,付强. 现代电子技术. 2007(01)
博士论文
[1]双站合成孔径雷达成像算法研究[D]. 钟华.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]合成孔径声呐成像算法研究及MATLAB仿真[D]. 陈丽.杭州电子科技大学 2016
[2]合成孔径声纳成像及目标检测与识别技术的研究[D]. 姚冰.哈尔滨工程大学 2010
[3]合成孔径声纳聚焦成像算法研究[D]. 田丰.武汉理工大学 2009
[4]合成孔径声纳技术研究[D]. 钱刚.西北工业大学 2003
本文编号：2918484
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
改进圆模型距离徙动校正后的结果
21 302 2222130 4032222404+( )( )2 2( )( )3 3 6+( )( )4 8c cc m ccc m cm ck t t tkk k tk t t tkkt t (4.27)式(4.27)中，常数项表示距离偏移量，其余各项表示残余距离徙动后的偏移误差。经过上述处理，高阶的距离徙动校正的滤波函数如下：20 2 30 3 404 21( , ; ) exp ( )2BSRC r m cref m m m rr c c ck k kH f t r j t t t fK cf cf cf (4.28)其中 ki0（i=2,3,4）表示参考点斜距展开式系数。与传统的距离向处理方式相比，本章提出的圆模型对距离徙动的校正具有更好的效果。为了验证这一结论，接下来对使用圆模型进行距离徙动校正的结果进行仿真实验，选取五个点目标，分别位于方位向时间的 0 时刻、距离向 360m，400m，440m 处，以及方位时间±4.5s时刻、距离向 400m 处，对点目标的合成孔径时间为 4.53s。距离徙动校正后的效果如图 4.4和 4.5 所示，其中图 4.5 为图 4.4 中左侧边缘点处理结果放大效果图。
图 4.6 传统方法距离徙动校正后的结果 图 4.7 左侧边缘点处理结果放大后的效果图图 4.5 中边缘点目标距离徙动校正后，回波信号在方位向上已经被完全拉直，图 4.7 中边缘点目标的回波信号在方位向上出现一定的偏差，这将对接下来的方位压缩产生不利影响，最终导致的成像效果不佳。4.3 基于圆模型的方位向处理4.3.1 多普勒相位的方位空变性分析经过剩余距离徙动校正，将信号转变到距离时域方位频域，并展开成方位频域的频率 fa的泰勒级数： 2 33 0 1 2 3( ; , ) exp ( , ) ( , ) ( , ) ( , )a c c c c c c a c c a c c aS f r t j r t r t f r t f r t f (4.29)其中 0表示常数项，和 1表示线性相位，该项包含点目标的方位向位置信息， 2=-π/Ka和 3反映了方位向调制信息，其中方位向的多普勒调频率2 22 cosacvKr (4.30)可以看出具有相同初始距离 R(0;rc,tc)的点目标在经过距离徙动校正之后将处于同一距离单元，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于椭圆模型与改进NLCS的一站固定式大基线双站SAR成像算法[J]. 钟华,胡剑,张松,孙闽红. 电子与信息学报. 2016(12)
[2]合成孔径声纳技术以及在海底探测中的应用研究[J]. 杨敏,宋士林,徐栋,王小丹. 海洋技术学报. 2016(02)
[3]掩埋海底管道探测方法及新技术应用研究[J]. 杨敏,宋湦,王芳,宫文宁. 海洋科学. 2015(06)
[4]宽带宽测绘带SAS非线性线频调变标算法[J]. 田振,唐劲松,钟何平,张森. 哈尔滨工程大学学报. 2015(04)
[5]工程可实现的多接收阵SAS精确逐点成像算法[J]. 张学波,唐劲松,王飞,白生祥,刘丹丹. 海军工程大学学报. 2014(02)
[6]发达国家推进海洋经济发展的经验借鉴[J]. 谢丽威. 环渤海经济瞭望. 2014(02)
[7]基于方位非均匀采样的多子阵合成孔径声呐波数域成像算法[J]. 杨海亮,唐劲松,陈鸣,陈昕. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2011(05)
[8]水声探测技术综述[J]. 黄威. 中国新技术新产品. 2010(05)
[9]合成孔径成像激光雷达成像算法研究[J]. 郭亮,邢孟道,梁毅,唐禹. 光子学报. 2009(02)
[10]线性调频脉冲压缩技术及其在雷达系统中的应用[J]. 翟庆林,张军,付强. 现代电子技术. 2007(01)
博士论文
[1]双站合成孔径雷达成像算法研究[D]. 钟华.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]合成孔径声呐成像算法研究及MATLAB仿真[D]. 陈丽.杭州电子科技大学 2016
[2]合成孔径声纳成像及目标检测与识别技术的研究[D]. 姚冰.哈尔滨工程大学 2010
[3]合成孔径声纳聚焦成像算法研究[D]. 田丰.武汉理工大学 2009
[4]合成孔径声纳技术研究[D]. 钱刚.西北工业大学 2003
本文编号：2918484
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