CN104215965A - 高频声纳近场聚焦距离的分档方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频声纳近场聚焦距离的分档方法，通过对高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间进行均匀划分，得到近场聚焦距离的划分档数，并由划分得到的相位子区间计算相应的聚焦距离档，确定每个距离档的焦点距离。本发明的有益效果为：通过对高频声纳的近场聚焦距离进行科学、有效地划分，得到若干个聚焦距离档，并根据最大、最小相位偏离对等的原则确定焦点距离，然后为每个距离档配置相应的波束形成参数，解决高频图像声纳在近场条件下的分档太少导致的图像对焦或分档太多导致的系统存储量及开销变大等问题。

Description

高频声纳近场聚焦距离的分档方法

技术领域

本发明涉及高频声纳领域，更确切地说，是一种高频声纳近场聚焦距离的分档方法。

背景技术

不同于常见的低频声纳，高频声纳的作用距离需要考虑近场条件，并需对聚焦距离进行划分。针对近场信号，需遵循“相等的声纳作用距离，靠近基阵的档数多，远离基阵的档数少”的近场聚焦距离分档原则，并根据经验确定聚焦距离的档数及每个距离档的焦点，然后为每个距离档配置相应的波束形成参数。因此，对于整个近场聚焦距离，若未针对聚焦距离的分档数以及由此产生的每个距离档的上、下边界距离相对于焦点的最大偏离相位进行充分的量化分析，导致如下两个方面的问题：

(1)、若聚焦距离分档少或焦点选取不合理，则聚焦距离分档内的正负最大相位偏离太大，导致图像对焦和模糊问题；

(2)、若聚焦距离分档多，则系统存储量及开销变大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种高频声纳近场聚焦距离的分档方法，该方法解决了高频声纳在近场条件下分档太少导致的图像对焦问题或者分档太多导致的系统存储量及开销变大等问题。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种高频声纳近场聚焦距离的分档方法，通过对高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间进行均匀划分，得到近场聚焦距离的划分档数，并由划分得到的相位子区间计算相应的聚焦距离档，确定每个距离档的焦点距离。

具体步骤如下：

(1)、对高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间进行均匀划分：按π/4或45°均匀划分高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间，形成若干个相位子区间A₁、A₂、…、A_n；或者，将高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间均匀分割为n个相位子区间：A₁、A₂、…、A_n，其中 表示下取整运算，A表示高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间的上边界值，n就是高频声纳近场聚焦距离的划分档数；

(2)、由相位子区间A₁、A₂、…、A_n计算出对应的距离区间D₁、D₂、…、D_n，即高频声纳的近场聚焦距离档；

(3)、确定每个距离档的焦点距离：根据最大、最小相位偏离对等的原则，计算各个相位子区间的相位平均值对应的距离值，即高频声纳各个近场聚焦距离档的的焦点距离。

本发明的有益效果为：通过对高频声纳的近场聚焦距离进行科学、有效地划分，得到若干个聚焦距离档，并根据最大、最小相位偏离对等的原则确定焦点距离，然后为每个距离档配置相应的波束形成参数，解决高频图像声纳在近场条件下的分档太少导致的图像对焦或分档太多导致的系统存储量及开销变大等问题。

附图说明

图1为本发明的近场条件下的信号入射示意图。

图2为本发明的按实际距离为焦点距离计算得到的目标图像示意图。

图3是本发明的按不匹配的聚焦距离档的焦点距离计算得到的目标图像示意图。

图4是本发明的按匹配的聚焦距离档的焦点距离计算得到的目标图像示意图。

图5是本发明的按不匹配的焦点距离计算得到的目标图像示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

这种高频声纳近场聚焦距离的分档方法，通过对高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间进行均匀划分，得到近场聚焦距离的划分档数，并由划分得到的相位子区间计算相应的聚焦距离档，确定每个距离档的焦点距离。

具体步骤如下：

(1)、对高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间进行均匀划分：按π/4或45°均匀划分高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间，形成若干个相位子区间A₁、A₂、…、A_n；或者，将高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间均匀分割为n个相位子区间：A₁、A₂、…、A_n，其中 表示下取整运算，A表示高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间的上边界值，n就是高频声纳近场聚焦距离的划分档数；

(2)、由相位子区间A₁、A₂、…、A_n计算出对应的距离区间D₁、D₂、…、D_n，即高频声纳的近场聚焦距离档；

(3)、确定每个距离档的焦点距离：根据最大、最小相位偏离对等的原则，计算各个相位子区间的相位平均值对应的距离值，即高频声纳各个近场聚焦距离档的的焦点距离。

在实际工程应用中，通常认为D²/λ是声纳工作的远近场边界条件(D为声纳孔径，λ为信号波长)。因此，[D²/λ，R_max](R_max是声纳的最大作用距离)可视为声纳作用距离的一个分档。在该边界条件处，当信号以0度方向入射时，远场条件下的声纳各基元的相位差为0。但在近场条件下，如图1所示。

声纳各基元的最大相位差为：

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}=2\mathrm{\&pi;}\frac{\sqrt{L^2+{\left(\frac{D}{2}\right)}^2}-L}{\mathrm{\&lambda;}}\&ap;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}\&CenterDot;\frac{D^2}{8L}(D<<L)---\left(1\right)$

将远近场边界条件L＝D²/λ代入上式，得

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{4}---\left(2\right)$

因此，(2)式中的可以作为声纳作用距离分档的理论依据，即：在0度信号入射时，每一距离档的上、下边界距离分别相对于声纳所有基元的最大相位差的差值不得大于

选取不同的焦点，并据此配置相应的波束形成参数，然后将这些参数代入算法分析相控阵三维声学摄像声纳的原始数据，得到同一目标(实际距离约4.4米)在不同参数配置情况下的目标成像，如附图的图2～图5所示。图2是焦点距离为4.4米的“U”型目标成像；图3是焦点距离为3.42米的“U”型目标成像；图4是焦点距离为4.78米的“U”型目标成像；图5是焦点距离为5.5米的“U”型目标成像。

比较附图中各图的目标成像可知，参数(包括距离分档、焦点以及产生的波束形成参数)配置不匹配将使目标图像产生额外的噪点或断点，导致图像对焦等问题。

根据上述分析结果，可以按下列步骤完成高频声纳聚焦距离的分档，并确定焦点：

(1)计算高频声纳聚焦距离的下边界相对于所有基元的最大相位差A(度)，并按下式计算聚焦距离的档数：

式中：表示下取整运算。

(2)将聚焦距离对应的相位区间[A,45°]按(1)中计算得到的档数n均匀分割，得到若干个相位区间[A,B)、[B,C)、…、[E,45°]；

(3)依次计算上述相位区间对应的距离区间[a,b)、[b,c)、…、[e,D²/λ]，即高频声纳聚焦距离的分档；

(4)依次计算(2)中的每个相位区间的平均相位值对应的距离值，即高频声纳聚焦距离分档的焦点。

例如，相控阵三维声学摄像声纳的聚焦距离为2～11.5米，其距离分档的结果数据如表1所示：

表1：相控阵三维声学摄像声纳聚焦距离分档

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种高频声纳近场聚焦距离的分档方法，其特征在于：通过对高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间进行均匀划分，得到近场聚焦距离的划分档数，并由划分得到的相位子区间计算相应的聚焦距离档，确定每个距离档的焦点距离。

2.根据权利要求1所述的高频声纳近场聚焦距离的分档方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)、对高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间进行均匀划分：按π/4或45°均匀划分高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间，形成若干个相位子区间A₁、A₂、…、A_n；或者，将高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间均匀分割为n个相位子区间：A₁、A₂、…、A_n，其中 表示下取整运算，A表示高频声纳近场聚焦距离对应的相位区间的上边界值，n就是高频声纳近场聚焦距离的划分档数；

(2)、由相位子区间A₁、A₂、…、A_n计算出对应的距离区间D₁、D₂、…、D_n，即高频声纳的近场聚焦距离档；

(3)、确定每个距离档的焦点距离：根据最大、最小相位偏离对等的原则，计算各个相位子区间的相位平均值对应的距离值，即高频声纳各个近场聚焦距离档的的焦点距离。