CN104297756B - 水下旋转目标缩比声纳成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下旋转目标缩比声纳成像方法及系统，其中，方法包括以下步骤：输入目标参数和声纳系统参数；根据所述目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数；根据所述声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号；对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号；对所述解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果。本发明实施例的成像方法根据生成的声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号，并进行数字解调以生成解调信号，从而对解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果，提高了成像的精度，同时降低了实验成本，适用于大尺度复杂目标水下声纳成像。

Description

水下旋转目标缩比声纳成像方法及系统

技术领域

本发明涉及声纳技术领域，特别涉及一种水下旋转目标缩比声纳成像方法及系统。

背景技术

近年来，声纳成像在海洋遥感、海洋测绘和海洋安全防护领域受到了广泛的关注。其中，在对特定目标的成像过程中，对大尺度目标的成像显得尤其复杂，并且成像实验需要在宽阔的水域进行，导致成像受到限制。同时，目标运动受环境影响较大，制约成像精度，以及水域中的噪声杂波等因素复杂，易对成像造成影响。因此，在实际水域实验不但经费投入大，而且成像结果较差，降低了成像的精度，无法很好地适用大尺度复杂目标水下声纳成像。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

目前，针对水下声纳目标成像提出的缩比实验方法比较罕见，系统不够成熟，且没有成体系的系统提出。为此，本发明的一个目的在于提出一种仿真速度快且效果好的水下旋转目标缩比声纳成像方法。

本发明的另一个目的在于提出一种水下旋转目标缩比声纳成像系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种水下旋转目标缩比声纳成像方法，包括以下步骤：输入目标参数和声纳系统参数；根据所述目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数；根据所述声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号；对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号；以及对所述解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果。

根据本发明实施例提出的水下旋转目标缩比声纳成像方法，通过根据目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数，以根据声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号，并对声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，从而对解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果，提高了成像的精度，同时降低了实验成本，适用于大尺度复杂目标水下声纳成像，仿真速度快且效果好。

另外，根据本发明上述实施例的水下旋转目标缩比声纳成像方法还可以具有如下附加的技术特征：

其中，在本发明的一个实施例中，所述声纳回波信号为根据所述声纳系统参数生成的声纳按照根据所述目标运动控制系统参数运动的目标发射声波散射回来的声波信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，进一步包括：对所述声纳回波信号进行采样；在离散域对采样的声纳回波信号进行数字解调，以生成所述解调信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述声纳系统参数包括：声速、声纳中心频率、声纳发射信号最大带宽、声纳发射波形、声纳主瓣开角、距离分辨率和方位分辨率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述解调信号通过如下公式表示，所述公式为：

其中，域为所述解调信号在距离快时间-方位慢时间域的时间域，为虚数单位，k为声纳发射信号调频率，R(t_m)为在t_m时刻距离声纳的单位，C为所述声速，λ＝C/F_c为发射信号波长且F_c为所述声纳中心频率。

本发明另一方面实施例提出了一种水下旋转目标缩比声纳成像系统，包括：输入模块，用于输入目标参数和声纳系统参数；生成模块，用于根据所述目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数；接收模块，用于根据所述声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号；解调模块，用于对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号；以及处理模块，用于对所述解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果。

根据本发明实施例提出的水下旋转目标缩比声纳成像系统，通过根据目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数，以根据声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号，并对声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，从而对解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果，提高了成像的精度，同时降低了实验成本，适用于大尺度复杂目标水下声纳成像，仿真速度快且效果好。

另外，根据本发明上述实施例的水下旋转目标缩比声纳成像系统还可以具有如下附加的技术特征：

其中，在本发明的一个实施例中，所述声纳回波信号为根据所述声纳系统参数生成的声纳按照根据所述目标运动控制系统参数运动的目标发射声波散射回来的声波信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述解调模块包括：采样单元，用于对所述声纳回波信号进行采样；解调单元，用于在离散域对采样的声纳回波信号进行数字解调，以生成所述解调信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述声纳系统参数包括：声速、声纳中心频率、声纳发射信号最大带宽、声纳发射波形、声纳主瓣开角、距离分辨率和方位分辨率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述解调信号通过如下公式表示，所述公式为：

其中，域为所述解调信号在距离快时间-方位慢时间域的时间域，为虚数单位，k为声纳发射信号调频率，R(t_m)为在t_m时刻距离声纳的单位，C为所述声速，λ＝C/F_c为发射信号波长且F_c为所述声纳中心频率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的水下旋转目标缩比声纳成像方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的水下旋转目标缩比声纳成像系统的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的解调模块的结构示意图；

图4为根据本发明一个具体实施例的水下旋转目标缩比声纳成像系统的结构示意图；

图5为根据本发明另一个具体实施例的水下旋转目标缩比声纳成像系统的结构示意图；

图6为根据本发明一个实施例的外形为潜艇模型的目标示意图；以及

图7为根据本发明一个实施例的目标外形为潜艇的处理结果成像示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的水下旋转目标缩比声纳成像方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的水下旋转目标缩比声纳成像方法。参照图1所示，该方法包括以下步骤：

S101，输入目标参数和声纳系统参数。

其中，在本发明的一个实施例中，声纳系统参数包括：声速、声纳中心频率、声纳发射信号最大带宽、声纳发射波形、声纳主瓣开角、距离分辨率和方位分辨率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，目标参数包括：目标外形、目标长度、目标宽度、目标高度、目标缩比比例。

具体地，在本发明的一个实施例中，目标参数由待成像的目标缩比模型确定，包括目标外形、目标长度、目标宽度、目标高度、目标缩比比例n。声纳系统参数部分由声纳的系统属性决定，包括：声速C、声纳中心频率F_c、声纳发射信号最大带宽B_M、声纳主瓣开角β、距离分辨率ρ_r和方位分辨率ρ_a。其中，成像声纳发射波形可以为线性调频(Linear FrequencyModulation)信号。另外，为了完全模拟真实情况，声纳中心频率F_c应该设置为非缩比实验的n倍，距离分辨率ρ_r和方位分辨率ρ_a应该设置为非缩比实验的1/n。

S102，根据目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数。

在本发明的一个实施例中，声纳实验参数包括：声纳与目标的相对位置关系、声纳发射信号带宽、声纳发射信号脉宽、声纳发射信号脉冲重复频率、声纳主瓣与水平方向的俯角、声纳接收端的采样频率和声纳慢时间采样次数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，目标运动控制系统参数包括：目标匀速转动转轴位置和目标匀速转动转速。

具体地，在本发明的一个实施例中，根据目标参数和声纳系统参数可以对声纳实验参数和目标运动控制系统参数进行设计。声纳实验参数包括：声纳与目标的相对位置关系、声纳发射信号带宽、声纳发射信号脉宽、声纳发射信号脉冲重复频率、声纳主瓣与水平方向的俯角、声纳接收端的采样频率和声纳慢时间采样次数。目标运动控制系统参数包括：目标匀速转动转轴位置和目标匀速转动转速。在本发明的实施例中，为了保证缩比模型所有散射点都能被声纳主瓣照射产生回波和远场条件，声纳等效声中心与缩比模型等效声中心距离D应该通过如下公式设计，公式为：

声纳换能器横截面积，

其中，X为目标所在区域V内任意一点的坐标，O为目标转轴坐标，按照实际问题设定，一般选择在目标中点，||·||₂为2范数，表示空间距离。调整声纳俯角使声纳主瓣指向目标转轴。声纳发射信号带宽B应该通过如下公式设计，公式为：

声纳发射信号脉宽T不能过短，否则不能有效激励声纳换能器起振，则声纳发射信号调频率k可以通过如下公式表示，公式为：

可以看出，缩比实验中，B为真实非缩比实验的n倍，T为真实非缩比实验的1/n。根据采样定理，声纳接收端的采样频率F_s应该通过如下公式设计，公式为：

F_s>2F_c+B，

记

则为了保证方位向上的采样率，即声纳发射信号脉冲重复频率F_r高于多普勒频率，应通过如下公式设计F_r，公式为：

其中ω为目标转动角速度。λ＝C/F_c为发射信号波长。所以，当确定了F_r，目标匀速转动转速ω可以确定。

为了满足方位分辨率ρ_a的要求，方位分辨率ρ_a和目标总转角θ关系可以利用如下公式表示，公式为：

则声纳慢时间的采样次数可以用如下公式表示，公式为：

根据步骤S101和步骤S102可以设计声纳系统发射和接收过程全部参数以及目标的全部运动参数。

S103，根据声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号。

在本发明的一个实施例中，声纳回波信号为根据声纳系统参数生成的声纳按照根据目标运动控制系统参数运动的目标发射声波散射回来的声波信号。即言，本发明实施例通过声纳实验参数和目标运动控制系统参数的有效设计获得高质量的目标回波。

S104，对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号。

具体地，在本发明的一个实施例中，对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，进一步包括：对声纳回波信号进行采样；在离散域对采样的声纳回波信号进行数字解调，以生成解调信号。即言，数字解调和解调信号具体值指对声纳回波信号进行采样后再离散域进行解调和声纳回波信号经过数字解调获得的解调信号如复信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，解调信号通过如下公式表示，公式为：

其中，域为解调信号在距离快时间-方位慢时间域的时间域，为虚数单位，k为声纳发射信号调频率，R(t_m)为在t_m时刻距离声纳的单位，C为声速，λ＝C/F_c为发射信号波长且F_c为声纳中心频率。

具体地，在本发明的一个实施例中，首先对声纳回波信号进行接收，然后对经过模数转换的回波信号在离散域进行正交解调可以获得解调信号。对于在t_m时刻距离声纳为R(t_m)的单位强度散射点的回波，解调信号在距离快时间-方位慢时间域(域)通过如下公式表示，公式为：

其中为虚数单位。

S105，对解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果。

在本发明的一个实施例中，二维信号处理包括：距离多普勒(Range-Doppler)算法、卷积逆投影(Convolution Back Projection)算法。即言，本发明实施例可以通过距离多普勒算法、卷积逆投影算法对解调信号进行二维信号处理，从而获取最终成像成果，仿真速度快且效果好。

根据本发明实施例提出的水下旋转目标缩比声纳成像方法，通过根据目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数，以根据声纳实验参数和目标运动控制系统参数的有效设计获得高质量的目标回波，从而接收声纳回波信号，并对声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，从而对解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果，提高了成像的精度，同时降低了实验成本，模拟了远距离大尺度目标成像结果，简化了实验系统设计，缩短了实验时间，适用于大尺度复杂目标水下声纳成像，仿真速度快且效果好。

其次根据附图描述根据本发明实施例提出的水下旋转目标缩比声纳成像系统。参照图2所示，该成像系统10包括：输入模块11、生成模块12、接收模块13、解调模块14和处理模块15。

其中，输入模块11用于输入目标参数和声纳系统参数。生成模块12用于根据目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数。接收模块13用于根据声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号。解调模块14用于对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号。处理模块15用于对解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果。

在本发明的一个实施例中，声纳系统参数包括：声速、声纳中心频率、声纳发射信号最大带宽、声纳发射波形、声纳主瓣开角、距离分辨率和方位分辨率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，目标参数包括：目标外形、目标长度、目标宽度、目标高度、目标缩比比例。

具体地，在本发明的一个实施例中，目标参数由待成像的目标缩比模型确定，包括目标外形、目标长度、目标宽度、目标高度、目标缩比比例n。声纳系统参数部分由声纳的系统属性决定，包括：声速C、声纳中心频率F_c、声纳发射信号最大带宽B_M、声纳主瓣开角β、距离分辨率ρ_r和方位分辨率ρ_a。其中，成像声纳发射波形可以为线性调频(Linear FrequencyModulation)信号。另外，为了完全模拟真实情况，声纳中心频率F_c应该设置为非缩比实验的n倍，距离分辨率ρ_r和方位分辨率ρ_a应该设置为非缩比实验的1/n。

在本发明的一个实施例中，声纳实验参数包括：声纳与目标的相对位置关系、声纳发射信号带宽、声纳发射信号脉宽、声纳发射信号脉冲重复频率、声纳主瓣与水平方向的俯角、声纳接收端的采样频率和声纳慢时间采样次数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，目标运动控制系统参数包括：目标匀速转动转轴位置和目标匀速转动转速。

具体地，在本发明的一个实施例中，根据目标参数和声纳系统参数可以对声纳实验参数和目标运动控制系统参数进行设计。声纳实验参数包括：声纳与目标的相对位置关系、声纳发射信号带宽、声纳发射信号脉宽、声纳发射信号脉冲重复频率、声纳主瓣与水平方向的俯角、声纳接收端的采样频率和声纳慢时间采样次数。目标运动控制系统参数包括：目标匀速转动转轴位置和目标匀速转动转速。在本发明的实施例中，为了保证缩比模型所有散射点都能被声纳主瓣照射产生回波和远场条件，声纳等效声中心与缩比模型等效声中心距离D应该通过如下公式设计，公式为：

声纳换能器横截面积，

其中，X为目标所在区域V内任意一点的坐标，O为目标转轴坐标，按照实际问题设定，一般选择在目标中点，||·||₂为2范数，表示空间距离。调整声纳俯角使声纳主瓣指向目标转轴。声纳发射信号带宽B应该通过如下公式设计，公式为：

声纳发射信号脉宽T不能过短，否则不能有效激励声纳换能器起振，则声纳发射信号调频率k可以通过如下公式表示，公式为：

可以看出，缩比实验中，B为真实非缩比实验的n倍，T为真实非缩比实验的1/n。根据采样定理，声纳接收端的采样频率F_s应该通过如下公式设计，公式为：

F_s>2F_c+B，

记

则为了保证方位向上的采样率，即声纳发射信号脉冲重复频率F_r高于多普勒频率，应通过如下公式设计F_r，公式为：

其中ω为目标转动角速度。λ＝C/F_c为发射信号波长。所以，当确定了F_r，目标匀速转动转速ω可以确定。

为了满足方位分辨率ρ_a的要求，方位分辨率ρ_a和目标总转角θ关系可以利用如下公式表示，公式为：

则声纳慢时间的采样次数可以用如下公式表示，公式为：

综上所述，可以设计声纳系统发射和接收过程全部参数以及目标的全部运动参数。

在本发明的一个实施例中，声纳回波信号为根据声纳系统参数生成的声纳按照根据目标运动控制系统参数运动的目标发射声波散射回来的声波信号。即言，本发明实施例通过声纳实验参数和目标运动控制系统参数的有效设计获得高质量的目标回波。

具体地，在本发明的一个实施例中，参照图3所示，解调模块14包括：采样单元141和解调单元142。其中，采样单元141用于对声纳回波信号进行采样。解调单元142用于在离散域对采样的声纳回波信号进行数字解调，以生成解调信号。即言，数字解调和解调信号具体值指对声纳回波信号进行采样后再离散域进行解调和声纳回波信号经过数字解调获得的解调信号如复信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，解调信号通过如下公式表示，公式为：

其中，域为解调信号在距离快时间-方位慢时间域的时间域，为虚数单位，k为声纳发射信号调频率，R(t_m)为在t_m时刻距离声纳的单位，C为声速，λ＝C/F_c为发射信号波长且F_c为声纳中心频率。

具体地，在本发明的一个实施例中，首先对声纳回波信号进行接收，然后对经过模数转换的回波信号在离散域进行正交解调可以获得解调信号。对于在t_m时刻距离声纳为R(t_m)的单位强度散射点的回波，解调信号在距离快时间-方位慢时间域(域)通过如下公式表示，公式为：

其中为虚数单位。

在本发明的一个实施例中，二维信号处理包括：距离多普勒(Range-Doppler)算法、卷积逆投影(Convolution Back Projection)算法。即言，本发明实施例可以通过距离多普勒算法、卷积逆投影算法对解调信号进行二维信号处理，从而获取最终成像成果，仿真速度快且效果好。

综上所述，在本发明的一个具体实施例中，参照图4所示，成像系统20包括信号发射模块100、目标模块200、目标运动控制模块300、信号接收模块400和信号处理模块500。

其中，在本发明的一个实施例中，参照图4所示，信号发射模块100用于声纳发射声波。在本发明的一个实施例中，信号发射模块100由信号源单元110、功率放大器单元120和发射换能器单元130组成。

具体地，信号源单元110用于产生功率有限的发射信号。信号源110波形参数的设计可以由上述的输入模块(图中未标示和具体说明)和生成模块(图中未标示和具体说明)生成的参数完全确定，在此不作详细赘述。波形参数包括线性调频信号的信号中心频率、信号带宽、信号的调频率、脉冲重复频率等。利用信号发生器可以按照波形参数产生发射信号。功率放大器单元120用于放大发射信号功率。发射信号经过功率放大器可用于激励换能器。发射换能器单元130用于将电信号转化为声信号将声波传递到水中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图4所示，目标模块200用于缩比模拟大尺度目标。目标模块的材料需要同被模拟目标材料相同。目标模块的缩比大小等于n。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图4所示，目标运动控制模块300用于控制目标600的均匀转动。

在本发明的一个实施例中，参照图4所示，目标运动控制模块300具体包括：目标运动触发单元310、步进电机单元320、模型连接单元330。

具体地，目标运动触发单元310用于按照一定时间间隔输出脉冲信号，用于驱动步进电机。步进电机单元320用于接收触发信号并带动模型连接单元转动。模型连接单元330利用刚性连接，一端同电机主轴进行连接，另一端同目标进行连接。用于带动目标600如图5所示旋转。

在本发明的一个实施例中，参照图4所示，信号接收模块400(其作用相当于上述的接收模块的作用)由接收水听器单元410和运算放大器单元420组成，用于对接收信号进行放大。具体地，参照图5所示，接收系统例如信号接收模块中采集器对信号进行采集。需要说明的是，图5为一个具体实施例的示意图，为本领域的公知常识，因此在细节部分不进行具体赘述。

具体地，接收水听器单元410用于将发射信号经由目标反射回来的回波信号转化为电信号。运算放大器单元420可以将声纳回波信号放大，为后续信号处理过程做准备工作。

信号处理模块500(其作用相当于上述的解调模块和处理模块的作用)用于对声纳回波信号进行数字解调获得解调信号，并且对解调信号进行二维信号处理获得最终成像结果。

进一步地，为了验证本发明实施例的有益效果以如下目标参数和声纳系统参数进行了试验。该目标参数具体为：目标外形为一潜艇模型如图6所示、目标长度0.6m、目标宽度0.2m、目标高度0.3m、目标缩比比例n＝100。该声纳系统参数具体为，声速C＝1500m/s、声纳中心频率F_c＝20MHz、声纳发射信号最大带宽300kHz、声纳发射波形为线性调频信号、声纳主瓣开角竖直向为3°，水平向为6°、距离分辨率为1cm、方位分辨率为1cm。

然后，对声纳试验参数和目标运动控制系统参数进行设计，对回波信号进行接收和处理，处理结果如图7所示。

根据本发明实施例提出的水下旋转目标缩比声纳成像系统，通过根据目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数，以根据声纳实验参数和目标运动控制系统参数的有效设计获得高质量的目标回波，从而接收声纳回波信号，并对声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，从而对解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果，提高了成像的精度，同时降低了实验成本，模拟了远距离大尺度目标成像结果，简化了实验系统设计，缩短了实验时间，适用于大尺度复杂目标水下声纳成像，仿真速度快且效果好。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种水下旋转目标缩比声纳成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

输入目标参数和声纳系统参数，其中，所述声纳系统参数包括：声速、声纳中心频率、声纳发射信号最大带宽、声纳发射波形、声纳主瓣开角、距离分辨率和方位分辨率；

根据所述目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数；

根据所述声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号，其中，所述声纳回波信号为根据所述声纳系统参数生成的声纳按照根据所述目标运动控制系统参数运动的目标发射声波散射回来的声波信号；

对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，其中，所述对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，进一步包括：对所述声纳回波信号进行采样；在离散域对采样的声纳回波信号进行数字解调，以生成所述解调信号；以及

对所述解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果。

2.如权利要求1所述的水下旋转目标缩比声纳成像方法，其特征在于，所述解调信号通过如下公式表示，所述公式为：

$s(\hat{t},t_m)=\exp \[j\mathrm{\π}k(\hat{t}-\frac{2R\left(t_m\right)}{C})\]\exp \[-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}R\left(t_m\right)\],$

其中，域为所述解调信号在距离快时间-方位慢时间域的时间域，为虚数单位，k为声纳发射信号调频率，R(t_m)为在t_m时刻距离声纳的单位，C为所述声速，λ＝C/F_c为发射信号波长且F_c为所述声纳中心频率。

3.一种水下旋转目标缩比声纳成像系统，其特征在于，包括：

输入模块，用于输入目标参数和声纳系统参数，其中，所述声纳系统参数包括：声速、声纳中心频率、声纳发射信号最大带宽、声纳发射波形、声纳主瓣开角、距离分辨率和方位分辨率；

生成模块，用于根据所述目标参数和声纳系统参数生成声纳实验参数和目标运动控制系统参数；

接收模块，用于根据所述声纳实验参数和目标运动控制系统参数接收声纳回波信号，其中，所述声纳回波信号为根据所述声纳系统参数生成的声纳按照根据所述目标运动控制系统参数运动的目标发射声波散射回来的声波信号；

解调模块，用于对接收的声纳回波信号进行数字解调以生成解调信号，其中，所述解调模块包括：采样单元，用于对所述声纳回波信号进行采样；解调单元，用于在离散域对采样的声纳回波信号进行数字解调，以生成所述解调信号；以及

处理模块，用于对所述解调信号进行二维信号处理以获取最终成像结果。

4.如权利要求3所述的水下旋转目标缩比声纳成像系统，其特征在于，所述解调信号通过如下公式表示，所述公式为：

$s(\hat{t},t_m)=\exp \[j\mathrm{\π}k(\hat{t}-\frac{2R\left(t_m\right)}{C})\]\exp \[-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}R\left(t_m\right)\],$

其中，域为所述解调信号在距离快时间-方位慢时间域的时间域，为虚数单位，k为声纳发射信号调频率，R(t_m)为在t_m时刻距离声纳的单位，C为所述声速，λ＝C/F_c为发射信号波长且F_c为所述声纳中心频率。