【摘要】：合成孔徑聲吶(Synthetic Aperture Sonar,SAS)是一種高分辨率成像聲吶,通過小孔徑尺寸的基陣的勻速直線運(yùn)動(dòng),對(duì)接收到的原始回波信號(hào)做相干累加操作,從而合成為大尺寸虛擬孔徑,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了方位向上的高分辨率,并且方位向上的分辨率只受實(shí)際基陣孔徑尺寸大小的影響,不與目標(biāo)距離和發(fā)射信號(hào)頻率有關(guān)。合成孔徑技術(shù)的實(shí)質(zhì)是利用時(shí)間累加來獲得空間增益。SAS載體有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)要求,無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)是智能作業(yè)的水下平臺(tái),具有可自主航行的特點(diǎn),它運(yùn)行較為平穩(wěn),是SAS系統(tǒng)的理想載體。近年來,基于UUV的SAS系統(tǒng)是合成孔徑聲吶領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),在水下探測(cè)、深海測(cè)繪等諸多方面有著廣泛應(yīng)用。本文重點(diǎn)研究基于UUV平臺(tái)的SAS信號(hào)處理技術(shù),主要包括原始數(shù)據(jù)采集、成像算法、UUV平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模型研究及誤差分析、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)奶幚�、成像質(zhì)量改善等方面的內(nèi)容。首先,本文研究了 SAS技術(shù)的基本原理,對(duì)系統(tǒng)中所需參數(shù)的限制條件進(jìn)行了充分研究。采用模塊化的思想,對(duì)基于UUV的SAS電子艙分系統(tǒng)的硬件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),主要包括了基于FPGA的信號(hào)處理機(jī)核心控制模塊、信號(hào)發(fā)射和接收模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式。制定了發(fā)射周期、信號(hào)脈寬等系統(tǒng)控制方案。研究了幾種經(jīng)典的成像算法,包括時(shí)域延時(shí)求和算法、距離-多普勒算法、波數(shù)域算法等。對(duì)比分析各算法適用條件與性能優(yōu)劣,改進(jìn)后制定了本系統(tǒng)算法處理機(jī)的設(shè)計(jì)方案。合成孔徑技術(shù)信號(hào)處理的運(yùn)算量大、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。如何提高成像的計(jì)算效率是改善系統(tǒng)工作性能的關(guān)鍵。本系統(tǒng)中將采集到的原始回波信號(hào)構(gòu)建為一個(gè)圖像矩陣,不同回波數(shù)據(jù)的圖像矩陣做相干累加操作,完成孔徑的合成。經(jīng)過仿真分析表明矩陣運(yùn)算比傳統(tǒng)的向量運(yùn)算計(jì)算效率高,成像速度快,有效的改善了 SAS成像系統(tǒng)的性能。聲吶載體在航行過程中,不可避免地會(huì)出現(xiàn)與理想航跡上的偏離,這些運(yùn)動(dòng)上的誤差會(huì)帶來成像質(zhì)量的下降。本系統(tǒng)中運(yùn)用一種移位成像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法,克服了相位誤差方位空變性的影響,從而實(shí)現(xiàn)了較為精準(zhǔn)的誤差補(bǔ)償,提高了成像質(zhì)量。并且將成像算法改進(jìn),使其適用于多子陣SAS系統(tǒng)中。最后通過實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證,分析得出本套基于UUV的SAS系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到成像要求,可對(duì)遠(yuǎn)處物體實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。并且對(duì)本系統(tǒng)的研究內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié),提出了需要進(jìn)一步完善和研究的問題。
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文威邋ＨＩＳＡＳ邋１０３０［２１］［２２］逡逑威國防研究所（ＦＨ）和Ｋｏｎｇｓｂｅｒｇ海洋研究院聯(lián)合研制的一種具有高分辨統(tǒng)，已搭建在ＨＵＧＩＮ邋１０００邋ＡＵＶ上進(jìn)行過多次海上實(shí)驗(yàn)。其中，系統(tǒng)工作０ｋＨｚ，，方位向分辨率和距離向分辨率均為３ｃｍ，測(cè)繪速度為每秒７３０ｍ２。主、反水雷作戰(zhàn)等任務(wù)。逡逑

．■邋—ＭＢ涔邐於邐？邐ｍ邐ｚｉ邐ｍ邐ｎ邐ｍ邐ｍ邐ｎ邐■？邐％逡逑ｍｎ？�。板义蠄D１．４圓柱形物體成像結(jié)果逡逑（３）加拿大邋Ａｑｕａｐｉｘ邋ＭＩＮＳＡＳ［２４］逡逑由加拿大Ｋｒａｋｅｎ邋Ｓｏｎａｒ邋Ｓｙｓｔｅｍｓ公司研制而成的一種可在水下３０００ｍ深進(jìn)行正小型化干涉ＳＡＳ，其最大優(yōu)勢(shì)在于其耐壓程度高，可以獲得三維測(cè)深信息，并且使理器（ＧＰＵ）作為信號(hào)處理平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)成像。該系統(tǒng)工作頻段在２８０ｋＨｚ－３２０ｋＨｚ，和方位向分辨率大約為３ｃｍ，該系統(tǒng)的測(cè)繪速度較低，約為每小時(shí)０．９５ｋｍ２。逡逑
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U666.7

【參考文獻(xiàn)】

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1 謝麗威;;發(fā)達(dá)國家推進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)借鑒[J];環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)w

本文編號(hào)：2693391