CN103954967B - 一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，包括以下步骤：发射探测信号，对目标散射信号进行带通采样、正交变换，得到多通道的图像声纳阵列复信号；在所测的平面空间范围内等按照图像质量需求等间隔选取目标点，计算目标点离图像声纳基阵阵元的物理距离，计算目标点到各阵元的声程差；根据目标点离基阵的距离，取出对应时间片的各阵元通道的复数据，补偿各通道相位差，将补偿后的各阵元复数据累加求和，取模可得到该目标点的近场声纳图像强度；将所有点的强度组合拼接即可直接得到图像声纳的近场成像结果。本发明在不损失近场成像结果的前提下，大大降低了图像声纳的近场成像复杂度，具有较好的工程实用性。

Description

一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法
技术领域
本发明涉及一种图像声纳成像方法，更具体的说，涉及一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法。
背景技术
随着国家海洋战略的不断深化，对海洋的探测需求不断增长，而图像声纳则是其中不可或缺的设备之一，而常规图像声纳中，由于计算复杂度的原因，常常以远场假设来降低复杂度，但精度需求的不断提高，近场精度问题不得不考虑。
针对图像声纳近场成像而言，常规方法先采用动态聚焦波束形成，形成若干个波束，但由于所形成的坐标为极坐标系，不能直接显示到屏幕上，常常需要对每个成像点进行扇形变换，变换到直角坐标系上，方便显示。但动态聚焦波束形成和扇形变化的运算量都比较庞大，因此限制了在设备上的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，包括以下步骤：向声纳目标发射探测信号，对目标散射信号进行带通采样、正交变换，得到多通道的图像声纳阵列复信号；在图像声纳所测的平面空间范围内等按照图像质量需求等间隔选取目标点，并取出每个点直角坐标，分别计算目标点离图像声纳基阵阵元的物理距离，并以图像声纳中心基元为参考，计算目标点到各阵元的声程差；根据声程差，计算该目标点到各阵元之间的相位差；根据目标点离基阵的距离，参考声速，取出对应时间片的各阵元通道的复数据，补偿各通道相位差，将补偿后的各阵元复数据累加求和，取模可得到该目标点的近场声纳图像强度；同样的方法计算图像声纳照射的平面空间范围内均匀分布的各个点的强度，将各个点的强度组合拼接即可直接得到图像声纳的近场成像结果。本发明在不损失近场成像结果的前提下，大大降低了图像声纳的近场成像复杂度，具有较好的工程实用性。
本发明所公开的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法与现有技术相比具有如下的明显优势：
第一，本发明所公开的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，通过直接选取和显示图像所对应的平面空间的均匀坐标点，对每个目标点相对图像声纳各阵元的声程差进行相位补偿，并累加各阵元复数据，求和取模得到目标点的强度，可以避免常规方法中的扇形变换步骤，可以较好的降低计算量。
第二，本发明所公开的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，由于平面空间点的均匀选取，直接针对有效目标直接进行强度计算，减少了近场动态聚焦波束形成的不必要数据的计算，从而进一步减少了计算量。
由此可见，本发明方法可在不损失任何精度的情况下，大大降低计算量，适合实时计算，非常适合在高精度图像声纳成像中推广使用。
附图说明
为了使本发明的内容更利于相关专业技术人员理解，下面对附图进行简单说明。
图1为本发明的近场声纳图像快速成像方法流程图。
图2为本发明的近场声纳图像快速成像方法原理示意图。
具体实施方案
下面结合附图和本发明一种较佳的具体实施例对本发明作进一步说明。
作为本发明的一种较佳施例，如图1所示，一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，包括以下步骤：模拟预处理和带通采样、正交变换、取目标点坐标、计算各阵元相对参考阵元的声程差、计算相位差、各阵元补偿相位、累加求和、取模得到目标强度、拼接各目标点强度值得到近场声纳图像。
作为本发明的一种较佳施例，模拟预处理和带通采样方法，将图像声纳阵列所接收的信号顺序经过放大、带通滤波、时间增益控制、数模转换和带通欠采样等几个步骤。
作为本发明的一种较佳施例，正交变换方法，将带通采样的信号分别与基频信号的正弦函数和余弦函数对应相乘，然后分别进入低通滤波器，分别得到复信号的实数部分和虚数部分。
作为本发明的一种较佳施例，取目标点坐标的方法，按照图像声纳所覆盖的二维空间平面，以接收基阵为中心，按照直角坐标系等间距取出均匀分布的二维空间点，详见图2；。
作为本发明的一种较佳施例，计算各阵元相对参考阵元的声程差方法，满足 ， 其中；△ D为声程差，(x0，y0)为目标点的直角坐标系下的坐标，n为阵元数目，d为阵元间距，详见图2。
作为本发明的一种较佳施例，计算相位差方法；满足， 其中λ为声波的波长，π为圆周率。
作为本发明的一种较佳施例，各阵元补偿相位方法为，将正交变换后的复信号，直接与相位差的复数形式对应相乘。
作为本发明的一种较佳施例，各阵元累加求和方法，将补偿之后的各阵元通道的复数形式，进行复数累加运算。
作为本发明的一种较佳施例，取模得到目标强度方法，将复数的实部的平方和虚部的平方开根号即可得到目标点的强度信息。
作为本发明的一种较佳施例，拼接各目标点强度值得到声纳图像方法，将得到的2维强度值按照其每点对应的平面坐标拼接即可得到单次测量的声纳图像。
以上所述仅为本发明的一种较佳可行施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的等同结构变化，同理均应包含在发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，包括以下步骤：模拟预处理和带通采样、正交变换、取目标点坐标、计算各阵元相对参考阵元的声程差、计算相位差、各阵元补偿相位、累加求和、取模得到目标强度、拼接各目标点强度值得到近场声纳图像；所述的取目标点坐标的方法，按照图像声纳所覆盖的二维空间平面，以接收基阵为中心，按照直角坐标系等间距取出均匀分布的二维空间点。
2.如权利要求1所述的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，其特征是所述的模拟预处理和带通采样方法，将图像声纳阵列所接收的信号顺序经过放大、带通滤波、时间增益控制、数模转换和带通欠采样几个步骤。
3.如权利要求1所述的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，其特征是所述的正交变换方法，将带通采样的信号分别与基频信号的正弦函数和余弦函数对应相乘，然后分别进入低通滤波器，分别得到复信号的实数部分和虚数部分。
4.如权利要求1所述的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，其特征是所述的计算各阵元相对参考阵元的声程差方法，满足其中；ΔD为声程差，(x0，y0)为目标点的直角坐标系下的坐标，n为阵元数目，d为阵元间距。
5.如权利要求1所述的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，其特征是所述的各阵元补偿相位方法为，将正交变换后的复信号，直接与相位差的复数形式对应相乘。
6.如权利要求1所述的一种图像声纳用近场声纳图像快速成像方法，其特征是所述的各阵元累加求和方法，将补偿之后的各阵元通道的复数形式，进行复数累加运算。
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