專(zhuān)利名稱(chēng)：合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成孔徑聲納信號(hào)處理領(lǐng)域，主要涉及合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑聲納要求平臺(tái)作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)且水聲信道沒(méi)有相位誤差，但實(shí)際上平臺(tái)總會(huì)存在運(yùn)動(dòng)誤差，水聲信道也會(huì)存在相位誤差，兩者嚴(yán)重影響了成像的清晰度。因此合成孔徑聲納系統(tǒng)必須作運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和信道補(bǔ)償。運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)谝环N方法是利用運(yùn)動(dòng)傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行測(cè)量，并在信號(hào)處理中對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。這種方法需要高精度的運(yùn)動(dòng)傳感器，價(jià)格比較昂貴，且無(wú)法補(bǔ)償水聲信道帶來(lái)的相位誤差；另一種方法是利用冗余陣技術(shù)或DPCA技術(shù)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。它利用相鄰兩個(gè)脈沖接收陣相位中心重疊部分波形不變?cè)磉M(jìn)行工作。但單發(fā)射陣DPCA需要的接收陣長(zhǎng)，不利于縮減拖體的長(zhǎng)度，設(shè)備復(fù)雜性也高。Thomson-CSF公司的專(zhuān)利(美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5886950)提出多發(fā)射陣技術(shù)可以克服缺點(diǎn)。該技術(shù)采用至少兩個(gè)發(fā)射陣，發(fā)射不同頻率的信號(hào)，通過(guò)對(duì)回波的處理來(lái)獲得運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償所需的信息。Thomson-CSF公司產(chǎn)品IMBAT-3000即采用了這個(gè)專(zhuān)利技術(shù)。
該專(zhuān)利要求不同相位中心的發(fā)射陣同時(shí)發(fā)射兩種以上頻率用于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，而且還另加一個(gè)用于合成孔徑成像的頻率。我們知道換能器的絕對(duì)帶寬難以提高(Q值通常很難達(dá)到1.5以下)。上述多頻發(fā)射方式顯然限制了合成孔徑聲納距離分辨率的提高。
就水聲信道相位誤差補(bǔ)償而言，由于測(cè)量所用的頻率和成像所用的頻率不完全相同(盡管非常接近)，信道的誤差特性是有差異的。
同時(shí)采用的多個(gè)頻率間隔非常小，對(duì)信號(hào)處理的濾波器提出了很高的要求。
為了合成孔徑成像而另加的發(fā)射陣也增加了設(shè)備的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提出一種可以充分利用水聲換能器的帶寬，提高距離分辨率的合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法。
本發(fā)明采用不同相位中心的發(fā)射陣發(fā)射兩個(gè)或以上同頻的正交信號(hào)(以下稱(chēng)正交信號(hào))來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償所需信息。
若信號(hào)Si(t)和Sj(t)滿(mǎn)足如下的關(guān)系式∫TSi(t)Sj(t-τ)dt=δ(τ),i=j∫TSi(t)Sj(t-τ)dt=0,i≠j]]>則稱(chēng)Si(t)i＝1，2，Λn為一組正交信號(hào)。其中，δ(τ)是沖擊函數(shù)。
理想的同頻正交信號(hào)是指頻率相同、互相關(guān)函數(shù)等于零的信號(hào)。但實(shí)際應(yīng)用中難以找到這樣理想的正交信號(hào)。在本發(fā)明中只要其互相關(guān)函數(shù)的最大值遠(yuǎn)小于自相關(guān)函數(shù)最大值的信號(hào)都可以視為正交信號(hào)。
本發(fā)明所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，包括如下步驟(1)在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，用至少兩個(gè)沿平臺(tái)軌跡排列的發(fā)射陣發(fā)射同頻正交的信號(hào)；用至少一個(gè)沿平臺(tái)軌跡排列的接收陣分別接收每個(gè)發(fā)射陣發(fā)射信號(hào)的目標(biāo)反射的回波；(2)在以后的至少一個(gè)脈沖周期內(nèi)，用上述發(fā)射陣分別發(fā)射同頻正交信號(hào)；用上述接收陣接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)；(3)求上述兩個(gè)脈沖重疊相位中心的回波信號(hào)或經(jīng)脈沖壓縮后的回波信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)的幅度，測(cè)量該互相關(guān)函數(shù)幅度的最大值所對(duì)應(yīng)的延時(shí)，得出平臺(tái)沿徑向的運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道的相位誤差。
如果重疊相位中心對(duì)應(yīng)的發(fā)射陣在前后脈沖發(fā)射完全相同的信號(hào)，則通過(guò)直接測(cè)量上述前后脈沖回波信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)幅度最大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的延時(shí)，得到平臺(tái)沿徑向的運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道的相位誤差。
如果重疊相位中心對(duì)應(yīng)的發(fā)射陣前后脈沖發(fā)射不同的同頻正交信號(hào)，則先對(duì)上述前后脈沖回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮，再測(cè)量脈沖壓縮信號(hào)互相關(guān)函數(shù)幅度最大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的延時(shí)，得到平臺(tái)沿徑向的運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道的相位誤差。
本發(fā)明具體步驟為(1)在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，用至少兩個(gè)沿平臺(tái)軌跡排列的發(fā)射陣發(fā)射同頻正交的信號(hào)T1(k，t)、T2(k，t)…Tn(k，t)，其中k為脈沖序號(hào)，t為快變時(shí)間，下標(biāo)i表示第i種發(fā)射信號(hào)。如圖2、圖3、圖4和圖5所示。
用至少一個(gè)沿平臺(tái)軌跡排列的接收陣分別接收每個(gè)發(fā)射陣發(fā)射信號(hào)的目標(biāo)反射的回波信號(hào)S1，1(k，t)、S1，2(k，t)…S1，n(k，t)…Sm，1(k，t)、Sm，2(k，t)…Sm，n(k，t)，其中k為脈沖序號(hào)，t為快變時(shí)間，第一下標(biāo)i表示第i個(gè)接收陣接收到的發(fā)射信號(hào)的回波，第二下標(biāo)j表示接收陣接收到的第j個(gè)發(fā)射信號(hào)的回波。經(jīng)脈沖壓縮后，信號(hào)為Scom1，1(k，t)、Scom1，2(k，t)…Scom1，n(k，t)…Scomm，1(k，t)、Scomm，2(k，t)…Scomm，n(k，t)。脈沖壓縮一般采用匹配濾波的方法，公式為Scomi,j(k,τ)=∫Si(k,t)×Tj*(k,τ-t)dt,]]>其中，Si(k，t)是第i個(gè)接收陣接收到的所有發(fā)射信號(hào)的回波之和。
為了分析方便，我們引入相位中心的概念，定義第j個(gè)發(fā)射陣和第i個(gè)接收陣中點(diǎn)位置有相位中心(i，j)k，它的物理意義是，在第k個(gè)周期中第i個(gè)接收陣接收的來(lái)自第j個(gè)發(fā)射陣的發(fā)射信號(hào)回波等同于位于相位中心(i，j)k的收發(fā)雙工陣元自發(fā)自收的信號(hào)。由聲納原理可以推出相位中心(i，j)k接收的發(fā)射信號(hào)回波脈沖壓縮后Scomi，j(k，t)僅與相位中心的位置有關(guān)，與具體的發(fā)射信號(hào)的序號(hào)是無(wú)關(guān)的。
(2)在以后的第l(l≥1)個(gè)脈沖周期內(nèi)，隨著聲納拖體的運(yùn)動(dòng)，相位中心的位置也發(fā)生了變化，如圖2、圖3、圖4和圖5所示(圖中只畫(huà)出l＝1的情況)。
在這一脈沖內(nèi)，用n個(gè)發(fā)射陣分別發(fā)射同頻正交的信號(hào)Te1(k+l，t)、Te2(k+l，t)…Ten(k+l，t)，(e1≠e2Λ≠en且e1，e2，Λen∈{1，2，Λn})。
用接收陣接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)S1，e1(k，t)、S1，e2(k+l，t)…S1，en(k+l，t)…Sm，e1(k+l，t)、Sm，e2(k+l，t)…Sm，en(k+l，t)。經(jīng)脈沖壓縮后，信號(hào)為Scom1，e1(k+l，t)、…Scom1，en(k+l，t)…Scomm，e1(k+l，t)、Scomm，e2(k+l，t)、…Scomm，en(k+l，t)。
以圖2為例，e1＝1，e2＝2。隨著聲納平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，在k+1脈沖周期，相位中心(i，2)k的位置與相位中心(i，1)k+1的位置基本重疊。如果平臺(tái)沒(méi)有徑向運(yùn)動(dòng)誤差，水聲信道也沒(méi)有誤差，那么近似有Scom1～8，2(k，t)≈Scom1～8，1(k+l，t)。但如果平臺(tái)沿徑向有運(yùn)動(dòng)誤差或水聲信道有誤差，那么近似有Scom1～8，2(k，t)≈Scom1～8，1(k+l，t-τ0)。
(3)求重疊相位中心的脈沖壓縮后信號(hào)Scomi，j(k，t)和Scomei，ej(k+l，t)的互相關(guān)函數(shù)的幅度|R(τ)|=|∫Scomi,j(k,t)×Scomei,ej*(k+l,t-τ)dt|.]]>由于Scomi，j(k，t)≈Scomei，ej(k+l，t-τ0)，因此，當(dāng)τ＝τ0時(shí)，函數(shù)|R(τ)|取得最大值，由此，我們可以確定時(shí)延的估值 根據(jù)這個(gè)時(shí)延估值即可補(bǔ)償該誤差。
如果重疊相位中心對(duì)應(yīng)的發(fā)射陣在前后脈沖發(fā)射完全相同的信號(hào)，則可以直接通過(guò)測(cè)量回波信號(hào)互相關(guān)函數(shù)幅度最大值點(diǎn)得到τ0的估值。
如果重疊相位中心有多個(gè)，可以將這些相位中心加窗相加，合成一個(gè)相位中心，也可以采用如下步驟同時(shí)估計(jì)出時(shí)延和偏航。
(4)如果重疊部分有多個(gè)的相位中心，那么還可以根據(jù)不同相位中心估計(jì)出偏航角。如圖7所示(圖中只畫(huà)出l＝1的情況)，假定第k個(gè)脈沖，從左到右的8個(gè)重疊相位中心接收到第2個(gè)發(fā)射信號(hào)的回波分別為S1，2(k，t)、S2，2(k，t)…S8，2(k，t)，經(jīng)脈沖壓縮后，信號(hào)為Scom1，2(k，t)、Scom2，2(k，t)…Scom8，2(k，t)其中下標(biāo)i，j表示第i個(gè)重疊的相位中心接收到的第j種發(fā)射波形的回波信號(hào)。那么第k+1個(gè)脈沖，相應(yīng)的第ei個(gè)重疊相位中心接收到第1個(gè)發(fā)射信號(hào)的回波經(jīng)脈沖壓縮后的信號(hào)為Scomei，1(k+l，t-τ0+(ei-1)dsin/C)。其中d為相位中心之間的間隔，τ0為時(shí)延，為偏航角(右舷為正，左舷為負(fù))，C為聲速。利用互相關(guān)函數(shù)，可以估計(jì)每個(gè)相位中心的時(shí)延，采用一階線(xiàn)性多項(xiàng)式最小二乘擬合，可以估計(jì)出 和 (5)合成孔徑成像可以用任何一個(gè)發(fā)射陣進(jìn)行，這樣可以不用再增加發(fā)射陣用于合成孔徑成像。也可以增加一幅發(fā)射陣，發(fā)射用于合成孔徑成像的信號(hào)。
本發(fā)明具有如下效果相對(duì)于Thomson-CSF公司的多頻合成孔徑聲納自動(dòng)聚焦技術(shù)而言，本方法在具備其縮短陣長(zhǎng)，提升速度等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，提高了聲納換能器的頻帶利用率，進(jìn)而提高了合成孔徑聲納的距離分辨率。
由于合成孔徑聲納的距離分辨率有如下的公式確定ρr=C2B,]]>式中C表示水中聲速，B表示信號(hào)帶寬。
顯而易見(jiàn)，距離分辨率是與發(fā)射信號(hào)的帶寬成反比的，假設(shè)聲納換能器的頻帶寬度是30kHz，水中聲速是1500m/s，如果采用多頻技術(shù)，只能將部分頻帶用來(lái)進(jìn)行合成孔徑成像，假設(shè)用于合成孔徑成像的頻帶寬度是15kHz，我們可以算出此時(shí)的距離分辨率理論值是0.05m。如果采用本發(fā)明中的技術(shù)，全部頻帶都可以用來(lái)進(jìn)行合成孔徑成像，此時(shí)的距離分辨率理論值是0.025m。


圖1是圖例說(shuō)明；圖2是實(shí)施例1示意圖。
圖3是實(shí)施例2示意圖。
圖4是實(shí)施例3示意圖。
圖5是實(shí)施例4示意圖。
圖6是相關(guān)函數(shù)估計(jì)時(shí)延τ0波形圖。
圖7是實(shí)施例5的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例的聲納陣列由2個(gè)發(fā)射陣元和8個(gè)接收陣元組成，發(fā)射陣元在不同的脈沖周期固定發(fā)送同頻正交信號(hào)。在前一脈沖周期，發(fā)射陣元發(fā)出同頻正交的信號(hào)T1(k，t)和T2(k，t)，經(jīng)目標(biāo)反射后，接收陣元收到回波信號(hào)為Si，1(k，t)和Si，2(k，t)，經(jīng)脈沖壓縮后，信號(hào)為Scomi，1(k，t)和Scomi，2(k，t)。在圖中繪出的兩組目標(biāo)反射回波分別有16個(gè)相位中心，即8個(gè)接收陣元與兩個(gè)發(fā)射陣元連線(xiàn)的中點(diǎn)位置接收。下一個(gè)脈沖周期到來(lái)時(shí)，兩發(fā)射陣元分別發(fā)射信號(hào)波形T1(k+1，t)和T2(k+1，t)，由于聲納載體的運(yùn)動(dòng)，相位中心1～8已經(jīng)到達(dá)上一周期相位中心9～16的位置，這一周期中接收陣元收到回波信號(hào)為Si，1(k+1，t)和Si，2(k+1，t)，經(jīng)脈沖壓縮后，信號(hào)為Scomi，1(k+1，t)和Scomi，2(k+1，t)。此時(shí)Scom1～8，2(k，t)和Scom1～8，1(k+1，t)是重疊的相位中心的回波脈沖壓縮信號(hào)，如果平臺(tái)沒(méi)有徑向運(yùn)動(dòng)誤差且信道沒(méi)有誤差，那么近似有Scom1～8，2(k，t)≈Scom1～8，1(k+1，t)。但如果平臺(tái)沿徑向有運(yùn)動(dòng)誤差或信道有誤差，那么近似有Scom1～8，2(k，t)≈Scom1～8，1(k+1，t-τ0)。通過(guò)求Scom1～8，2(k，t)和Scom1～8，1(k+1，t)的互相關(guān)函數(shù)，可以確定時(shí)延的估值 在這一實(shí)施例中，聲納上相鄰收發(fā)陣元之間的距離都為d，相鄰相位中心之間的距離為0.5×d，聲納平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度為v＝(4.5×d)/T。
實(shí)施例2參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例的發(fā)射陣元在不同脈沖周期輪流發(fā)送同頻正交信號(hào)。在前一脈沖周期，發(fā)射陣元發(fā)出同頻正交的信號(hào)T1(k，t)和T2(k，t)，經(jīng)目標(biāo)反射后，接收陣元收到回波信號(hào)Si，1(k，t)和Si，2(k，t)。圖中繪出的兩組目標(biāo)反射回波分別由16個(gè)相位中心接收。下一個(gè)脈沖兩個(gè)發(fā)射陣分別發(fā)射T2(k+1，t)和T1(k+1，t)，由于聲納載體的運(yùn)動(dòng)，相位中心1～8已經(jīng)到達(dá)上一周期相位中心9～16的位置，這一周期中接收陣元收到回波信號(hào)Si，2(k+1，t)和Si，1(k+1，t)。由于Si，2(k，t)和Si，2(k+1，t)是重疊的相位中心接收的回波信號(hào)，而且它們是同一種發(fā)射信號(hào)的回波，因此如果平臺(tái)沒(méi)有徑向運(yùn)動(dòng)誤差且信道沒(méi)有誤差，近似有S1～8，2(k，t)≈S1～8，2(k+1，t)。如果平臺(tái)沿徑向有運(yùn)動(dòng)誤差或信道有誤差，近似有S1～8，2(k，t)≈S1～8，2(k+1，t-τ0)。通過(guò)求Si，2(k，t)和Si，2(k+1，t)的互相關(guān)函數(shù)，可以確定時(shí)延的估值 同理，我們也可以通過(guò)求脈沖壓縮后的信號(hào)Scomi，2(k，t)和Scomi，2(k+1，t)的互相關(guān)函數(shù)確定時(shí)延的估值 在這一實(shí)施例中，聲納上相鄰收發(fā)陣元之間的距離都為d，相鄰相位中心之間的距離為0.5×d，聲納平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度為v＝(4.5×d)/T。
實(shí)施例3參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例中的聲納陣列由9個(gè)陣元組成，其中3個(gè)陣元即作為發(fā)射陣元又作為接收陣元，6個(gè)陣元只能工作在接收狀態(tài)。發(fā)射陣元在不同脈沖周期任意發(fā)送同頻正交信號(hào)。在前一脈沖周期，發(fā)射陣元發(fā)出同頻正交的信號(hào)T1(k，t)、T2(k，t)和T3(k，t)，經(jīng)目標(biāo)反射后，接收陣元收到回波信號(hào)Si，1(k，t)、Si，2(k，t)和Si，3(k，t)，經(jīng)脈沖壓縮后，信號(hào)為Scomi，1(k，t)、Scomi，2(k，t)和Scomi，3(k，t)。圖中繪出了目標(biāo)反射回波分別由17個(gè)相位中心接收。下一個(gè)脈沖三個(gè)發(fā)射陣分別發(fā)身寸Te1(k+1，t)、Te2(k+1，t)和Te3(k+1，t)，(e1≠e2≠e3且e1，e2，e3∈{1，2，3})。由于聲納載體的運(yùn)動(dòng)，相位中心1～12已經(jīng)到達(dá)上一周期相位中心6～17的位置，這一周期中接收陣元收到回波信號(hào)Si，e1(k+1，t)、Si，e2(k+1，t)和Si，e3(k+1，t)，經(jīng)脈沖壓縮后，信號(hào)為Scomi，e1(k+1，t)、Scomi，e2(k+1，t)和Scomi，e3(k+1，t)。從圖中可以看到，Scomi，2(k，t)和Scomi，e1(k+1，t)、Scomi，3(k，t)和Scomi，e2(k+1，t)是重疊的相位中心的回波脈沖壓縮信號(hào)。通過(guò)分別求Scomi，2(k，t)和Scomi，e1(k+1，t)、Scomi，3(k，t)和Scomi，e2(k+1，t)的互相關(guān)函數(shù)，可以確定時(shí)延的估值 在這一實(shí)例中，聲納上相鄰收發(fā)陣元之間的距離都為d，相鄰相位中心之間的距離為0.5×d，聲納平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度為v＝(2×d)/T。
實(shí)施例4參見(jiàn)圖5，本實(shí)施例的聲納陣列由N個(gè)發(fā)射陣元和N個(gè)接收陣元組成，N個(gè)發(fā)射陣分別發(fā)射N(xiāo)種正交波形T1、T2……TN，相關(guān)處理方法與實(shí)施例1相同。在這一實(shí)施例中，聲納上相鄰收發(fā)陣元之間的距離都為d，相鄰相位中心之間的距離為0.5×d，聲納平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度為v＝(2.5×d)/T。
附圖6給出了相關(guān)處理的波形圖。由于前一脈沖周期的相位中心(i，j)k與后一脈沖周期的相位中心(ei，ej)k+1在載體運(yùn)動(dòng)方向上重合，它們接收到的是不同時(shí)間同一目標(biāo)區(qū)域的反射回波，經(jīng)過(guò)處理后，可以得到脈沖壓縮后重疊相位中心的接收信號(hào)Scomi，j(k，t)和Scomei，ej(k+1，t)，如a圖和b圖所示。由于載體在徑向方向上的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，Scomi，j(k，t)和Scomei，ej(k+1，t)在波束方向上并不完全重合。將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，則最大值位置就是在這段時(shí)間內(nèi)聲納載體在波束方向上的位移。
實(shí)施例5參見(jiàn)圖7，本實(shí)施例給出了利用多個(gè)重疊相位中心估計(jì)時(shí)延τ0和偏航角的方法。圖7中重疊部分有8個(gè)的相位中心，假定第k個(gè)脈沖，從左到右的8個(gè)重疊相位中心接收的回波信號(hào)經(jīng)脈沖壓縮后分別Scom1，2(k，t)、Scom2，2(k，t)…scom8，2(k，t)，那么第k+1個(gè)脈沖，相應(yīng)的8個(gè)重疊相位中心接收的回波信號(hào)經(jīng)脈沖壓縮后近似分別為Scom1，1(k+1，t-τ0)，Scom2，1(k+1，t-τ0+d sin /C)…Scom8，l(k+1，t-τ0+7d sin /C)。其中d為相鄰接收陣元之間的間隔。利用互相關(guān)函數(shù)，可以估計(jì)每個(gè)相位中心的時(shí)延，采用一階線(xiàn)性多項(xiàng)式最小二乘擬合，可以估計(jì)出 和 ，它們分別是一階線(xiàn)性多項(xiàng)式的常數(shù)項(xiàng)和一次項(xiàng)的系數(shù)。例如利用互相關(guān)函數(shù)，求出這八個(gè)相位中心的時(shí)延分別為τ1，τ2，…，τ8，滿(mǎn)足最小二乘擬合的線(xiàn)性多項(xiàng)式是τei＝α-(ei-1)b，則估計(jì)值τ^0=a;]]> 綜上所述，本發(fā)明采用沿平臺(tái)軌跡排列的、不同相位中心的發(fā)射陣，同時(shí)發(fā)射多個(gè)同頻正交的信號(hào)。使其在重疊部分尺寸相同的情形下，可以縮減接收陣的尺寸，與多頻發(fā)射體制的專(zhuān)利相比，設(shè)備可以充分利用水聲換能器的帶寬，提高距離分辨率；由于采用同頻發(fā)射信號(hào)，可以提高水聲信道相位誤差的測(cè)量精度；同時(shí)無(wú)需為合成孔徑成像增加額外的發(fā)射陣。本方法可以應(yīng)用于合成孔徑聲納和干涉合成孔徑聲納的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和水聲信道相位誤差補(bǔ)償，也可以用于合成孔徑雷達(dá)和干涉合成孔徑雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，包括如下步驟(1)在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，用至少兩個(gè)沿平臺(tái)軌跡排列的發(fā)射陣發(fā)射同頻正交的信號(hào)；用至少一個(gè)沿平臺(tái)軌跡排列的接收陣分別接收每個(gè)發(fā)射陣發(fā)射信號(hào)的目標(biāo)反射的回波；(2)在以后的至少一個(gè)脈沖周期內(nèi)，用上述發(fā)射陣分別發(fā)射同頻正交信號(hào)；用上述接收陣接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)；(3)求上述兩個(gè)脈沖重疊相位中心的回波信號(hào)或經(jīng)脈沖壓縮后的回波信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)的幅度，測(cè)量該互相關(guān)函數(shù)幅度的最大值所對(duì)應(yīng)的延時(shí)，得出平臺(tái)沿徑向的運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道的相位誤差。
2.如權(quán)利要求1所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，其特征是重疊相位中心對(duì)應(yīng)的發(fā)射陣在前后脈沖發(fā)射完全相同的信號(hào)，通過(guò)直接測(cè)量上述前后脈沖回波信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)幅度最大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的延時(shí)，得到平臺(tái)沿徑向的運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道的相位誤差。
3.如權(quán)利要求1所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，其特征是重疊相位中心對(duì)應(yīng)的發(fā)射陣前后脈沖發(fā)射不同的同頻正交信號(hào)，則先對(duì)上述前后脈沖回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮，再測(cè)量脈沖壓縮信號(hào)互相關(guān)函數(shù)幅度最大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的延時(shí)，得到平臺(tái)沿徑向的運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道的相位誤差。
4.如權(quán)利要求1或3所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，其特征是所述脈沖壓縮采用匹配濾波的方法，公式為Scomi,j(k,τ)=∫Si(k,t)×Tj*(k,τ-t)dt,]]>其中，Si(k，t)是第i個(gè)接收陣接收到的所有發(fā)射信號(hào)的回波之和，Tj(k，t)是第j個(gè)發(fā)射陣發(fā)射的信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1至3所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，其特征是所述發(fā)射陣即作為發(fā)射陣元又作為接收陣元，接收陣只能工作在接收狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1至3所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，其特征是所述發(fā)射陣在不同脈沖周期固定發(fā)送同頻正交信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1至3所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，其特征是所述發(fā)射陣在不同脈沖周期輪流發(fā)送同頻正交信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1至3所述合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道相位誤差的測(cè)量方法，其特征是所述發(fā)射陣在不同脈沖周期任意發(fā)送同頻正交信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明屬于合成孔徑聲納信號(hào)處理領(lǐng)域，主要涉及合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)誤差和水聲信道誤差的測(cè)量方法。本發(fā)明采用沿平臺(tái)軌跡排列的、不同相位中心的發(fā)射陣，同時(shí)發(fā)射多個(gè)同頻正交的信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是在重疊部分尺寸相同的情形下，可以縮減接收陣的尺寸。與多頻發(fā)射體制的專(zhuān)利相比，設(shè)備可以充分利用水聲換能器的帶寬，提高距離分辨率；由于采用同頻發(fā)射信號(hào)，可以提高水聲信道相位誤差的測(cè)量精度；同時(shí)無(wú)需為合成孔徑成像增加額外的發(fā)射陣。
文檔編號(hào)G01S15/89GK1808175SQ200510019579
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者唐勁松, 岳軍, 陳鳴, 鄒志農(nóng), 楊海亮 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)