【摘要】：利用水下無人平臺搭載合成孔徑聲納對水下可疑目標(biāo)識別是反水雷技術(shù)的重要方向之一。傳統(tǒng)的條帶合成孔徑聲納目前仍無法完全解決水下目標(biāo)識別問題,而圓周合成孔徑聲納(Synthetic Aperture Sonar,SAS)在水下目標(biāo)識別方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。圓周SAS圍繞目標(biāo)做360°圓周運(yùn)動獲得目標(biāo)場景的反射信息用于成像,由于觀測角范圍的增加使得目標(biāo)頻譜展寬,并且方位向與距離向存在耦合,使得方位分辨率和距離分辨率均突破了條帶SAS的分辨率極限,可以獲得高分辨二維圖像,再加上圓周SAS可以對目標(biāo)進(jìn)行三維成像,使得圓周SAS在水下目標(biāo)識等領(lǐng)域別擁有較大的應(yīng)用前景。本文對圓周SAS的成像原理、成像方法和自聚焦補(bǔ)償方法進(jìn)行了一定研究。論文的主要內(nèi)容如下:1.圓周SAS成像系統(tǒng)的基本原理。本文首先介紹了圓周SAS成像系統(tǒng)的基本模型,對其時域和頻域的回波信號進(jìn)行了分析。然后對圓周SAS的二維分辨率進(jìn)行了研究,推導(dǎo)了其在全孔徑下對于中心點(diǎn)目標(biāo)的分辨率公式,并分析了在部分孔徑下分辨率隨觀測角的變化關(guān)系。2.圓周SAS成像方法。本文介紹了兩種適用于圓周SAS的成像方法,分別是后向投影算法和波數(shù)域算法。后向投影算法一種是逐點(diǎn)搜索的成像算法,具有較為精細(xì)的成像結(jié)果,該算法的主要缺點(diǎn)是計(jì)算量大;波數(shù)域算法主要進(jìn)行傅里葉變換,是一種高效的算法,降低了成像的運(yùn)算量,但是它的主要缺點(diǎn)是在算法處理過程中有大量的數(shù)據(jù)重構(gòu),轉(zhuǎn)置與存放,對系統(tǒng)內(nèi)存要求很高。最后利用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了兩種算法的性能。3.自聚焦算法研究。本文首先分析了圓周SAS的運(yùn)動誤差模型,并分析了運(yùn)動誤差對于成像結(jié)果的影響。最后本文采用了一種基于子孔徑圖像對比度最大化的方法對運(yùn)動誤差進(jìn)行補(bǔ)償。該方法針對直接利用子孔徑圖像對比度最大化方法不能準(zhǔn)確估計(jì)誤差的不足,通過最小二乘擬合方法對對比度最大方法估計(jì)出的誤差進(jìn)行擬合,從而得到較為準(zhǔn)確的估計(jì)誤差。該方法首先需要選取大小合適的子孔徑數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑成像,再利用對比度最大準(zhǔn)則求得子孔徑圖像需要補(bǔ)償?shù)恼`差,以此求得整個孔徑的誤差并利用最小二乘方法對其進(jìn)行擬合,使得估計(jì)出的誤差更好的逼近實(shí)際誤差,最終將整個孔徑的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。仿真結(jié)果顯示了該方法的有效性。4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)往往存在差別,本文利用目標(biāo)自轉(zhuǎn),發(fā)射/接收固定不動的方式,獲得目標(biāo)的360°散射信息。通過對實(shí)際數(shù)據(jù)處理,再次驗(yàn)證了成像算法和自聚焦算法的有效性
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;E925.21
【圖文】：

中國艦船研究院碩士學(xué)位論文第一章 緒論究背景是現(xiàn)代海戰(zhàn)中的主要水下武器之一，包括漂雷、錨雷、沉底、掩埋和半掩埋由于水雷具有極強(qiáng)的破壞性，對水雷目標(biāo)的有效探測和識別一直是淺海環(huán)境作戰(zhàn)迫切需要解決的關(guān)鍵問題之一。對于水雷目標(biāo)的探測和識別面臨的困難面：一方面，水雷具有目標(biāo)尺度小、目標(biāo)強(qiáng)度弱、目標(biāo)散射聲場空間指向不；另一方面，水雷所處水下環(huán)境復(fù)雜、干擾目標(biāo)眾多、水雷目標(biāo)易與自然目混淆[1][2][3]。圖 1-1 為 MATA 水雷實(shí)物圖和半掩埋圖。

中國艦船研究院碩士學(xué)位論文被測目標(biāo)或被測區(qū)域的中心作圓周或部分圓周運(yùn)動，在該運(yùn)動過程中，聲納同一區(qū)域，同時獲取觀測水域環(huán)境或水底可疑目標(biāo)在不同側(cè)面或姿態(tài)下的回探測區(qū)域沿高度向分割成一系列斷層，對每個斷層分別聚焦并獲得二維層析終重建探測區(qū)域的三維圖像[12]。

首次提出了圓周 SAS 的概念,此后圓周 SAS 因其特有的二維高分辨、三維成像等優(yōu)勢到發(fā)展,從而也推動了圓周 SAS 的研究和應(yīng)用。.2.1 試驗(yàn)研究進(jìn)展圓周 SAS 技術(shù)是條帶 SAS 的進(jìn)一步發(fā)展，本節(jié)按照時間順序列舉國外在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展與應(yīng)用情況，分析國外在圓合成孔徑聲納技術(shù)方向的發(fā)展脈絡(luò)。2005 年，Brian G.Ferguson 開展了利用生物醫(yī)學(xué) CT 原理的水下目標(biāo)成像理論和試驗(yàn)[15]，分別采用 150kHz 和 40kHz 頻率測量了自由場條件下 Manta 水雷目標(biāo)如圖 1-3(a部和底部直徑分別為 49cm 和 98cm，高度為 47cm)各個姿態(tài)角下的回波數(shù)據(jù)，處理并了高分辨率的目標(biāo)外形輪廓亮點(diǎn)特征，圖 1-3(b)為發(fā)射信號頻率為 150kHz 時水雷的成果，圖 1-3(c)為發(fā)射信號頻率為 40kHz 時水雷的成像結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 閔銳;楊倩倩;皮亦鳴;曹宗杰;;基于正則化正交匹配追蹤的SAR層析成像[J];電子測量與儀器學(xué)報(bào);2012年12期

2 廉斌;;現(xiàn)代水雷武器的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢[J];水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù);2006年02期

本文編號：2772599