CN113281758B - 一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法 - Google Patents
一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法，该方法包括将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置；确定所述波束中心的最终估计位置，基于三角形几何关系计算确定载体的对底高度。本发明实现了直接从原始干涉合成孔径声纳回波中提取对底高度信息，消除了对高度计信息的依赖，并可实现声纳数据与高度数据之间的更好匹配。
Description
技术领域
本申请涉及干涉合成孔径声纳信号处理技术领域，具体而言，涉及一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法。
背景技术
干涉合成孔径声纳(InSAS)是一种高分辨率三维成像声纳，它具有成像分辨率与成像距离和工作频率无关的优点，并且具备三维成像能力，可用于水下地形高分辨率侦察，同时可辅助目标识别。
干涉合成孔径声纳系统工作的理想条件是载体均匀直线运动，虽然可通过优化载体设计来提高平台运动的稳定性，但是受工作环境的影响无法达到理想的工作状态，严重影响着成像性能。在高程信息重构过程中，载体的对底高度是一个重要参数，可用于干涉相位中的平地相位消除，降低相位解缠的难度。虽然可通过安装高度计来获取载体平台相对正下方的高度，但是高度计工作过程中会主动发声，给干涉合成孔径声纳系统工作，尤其是近距离工作带来干扰，影响系统正常运行。因此，如何在保持干涉合成孔径声纳系统正常工作的同时，获得高精度的对底高度信息来降低干涉合成孔径声纳系统信号处理过程中的难度是一个急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法，能够解决干涉合成孔径声纳信号处理过程中载体对底高度自动获取问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法，所述方法包括：
对干涉合成孔径声纳的两侧上分别设置的第一接收阵和第二接收阵接收的回波信号在距离向上进行脉冲压缩处理，得到压缩回波；
将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置；
在确定单个脉冲内的至少两个所述修正估计位置后，确定所述波束中心的最终估计位置，基于所述最终估计位置、第一接收阵以及第二接收阵的三角形几何关系计算确定载体的对底高度。
优选的，所述将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置，包括：
将所述第一接收阵中的任意一个第一阵元以及在所述第二接收阵中与所述第一阵元在位置上对应的一个第二阵元确定为一个阵元组，获得若干所述阵元组；
计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，并基于滤波方法对所述相关系数进行平滑处理，得到平滑相关系数；
通过多项式拟合方法对所述平滑相关系数在距离向上进行相关系数拟合，得到相关系数函数；
将所述相关系数函数中相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置。
优选的，所述计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，包括：
以每个所述阵元组的当前位置为中心，选择所述中心的邻域相位点，采用实相关系数法或复相关系数法计算距离向上的相关系数，其中采用复相关系数法时将对计算得到的复相关系数取绝对值处理。
优选的，所述提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置，包括：
对所述压缩回波进行干涉相位提取，并对所述干涉相位进行滤波处理，得到缠绕相位；
对所述缠绕相位取绝对值处理后，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置。
优选的，所述对所述干涉相位进行滤波处理，包括：
根据回转均值滤波或回转中值滤波的方式对所述干涉相位进行滤波处理。
优选的，所述将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置，包括：
通过极小值选取法确定缠绕相位值为零的取零位置；
在所述取零位置中选择与所述初始估计位置最近的整数倍波长相位差的位置作为所述波束中心的修正估计位置。
优选的，所述确定所述波束中心的最终估计位置，包括：
采用最大类间方差法确定各所述修正估计位置的分割阈值，并基于所述分割阈值剔除错误的所述修正估计位置；
对剩余的所有所述修正估计位置的平均值作为所述波束中心的最终估计位置。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计装置，所述装置包括：
处理模块，用于对干涉合成孔径声纳的两侧上分别设置的第一接收阵和第二接收阵接收的回波信号在距离向上进行脉冲压缩处理，得到压缩回波；
拟合模块，用于将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
修正模块，用于提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置；
计算模块，用于在确定单个脉冲内的至少两个所述修正估计位置后，确定所述波束中心的最终估计位置，基于所述最终估计位置、第一接收阵以及第二接收阵的三角形几何关系计算确定载体的对底高度。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。
本发明的有益效果为：(1)直接从原始干涉合成孔径声纳回波中提取对底高度信息，消除了对高度计信息的依赖，并可实现声纳数据与高度数据之间的更好匹配。
(2)综合利用声纳上下接收阵信号对的相干特性和相位特性来估计中心波束与水底的距离，有助于提高载体对底高度估计精度。
(3)综合利用声纳上下接收阵的多个阵元组来估计中心波束与水底的距离，可利用冗余信息来剔除异常值对最终对底高度估计值的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法中波束中心成像几何关系的举例示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法的原理举例示意图；
图4为本申请实施例提供的一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本发明内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
参见图1，图1是本申请实施例提供的一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述方法包括：
S101、对干涉合成孔径声纳的两侧上分别设置的第一接收阵和第二接收阵接收的回波信号在距离向上进行脉冲压缩处理，得到压缩回波。
所述接收阵在本申请实施例中可以理解为设置在干涉合成孔径声纳上下两侧的多个信号通道构成的一排信号接收发射阵列。
所述距离向在本申请实施例中可以理解为与信号波的传播方向相垂直的方向。
在本申请实施例中，干涉合成孔径声纳的上下两侧分别设有第一接收阵和第二接收阵，第一接收阵和第二接收阵均会接收到载体反射回来的回波信号，并对回波信号在距离向进行脉冲压缩处理，进而得到脉冲压缩后的压缩回波。
S102、将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置。
所述阵元在本申请实施例中可以理解为接收阵中的某一个单位阵列，具体而言，例如接收阵是由5个信号通道所构成，那么每一个信号通道均可视作一个该接收阵的阵元。
在本申请实施例中，第一接收阵与第二接收阵中的阵元将基于对应的位置关系两两分组，在分别计算出每一组在距离向上的相关系数后，对各相关系数进行拟合，从拟合结果中相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置。该位置估计方式只能获取到一个较为粗略的位置，其结果并不精准，故初始估计位置仅用于确定一个大体的范围，后续步骤将基于该初始估计位置来进一步的精准修正估计位置。
在一种可实施方式中，步骤S102包括：
将所述第一接收阵中的任意一个第一阵元以及在所述第二接收阵中与所述第一阵元在位置上对应的一个第二阵元确定为一个阵元组，获得若干所述阵元组；
计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，并基于滤波方法对所述相关系数进行平滑处理，得到平滑相关系数；
通过多项式拟合方法对所述平滑相关系数在距离向上进行相关系数拟合，得到相关系数函数；
将所述相关系数函数中相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置。
在本申请实施例中，第一接收阵中的各第一阵元与第二接收阵中的各第二阵元将基于位置上的关系确定为若干个阵元组。例如，假设第一接收阵与第二接收阵均有10个信号通道即阵元，且按照排序顺序将其称作一号至十号，那么，一号第一阵元与一号第二阵元在空间上的位置便是相对应的，其他阵元也同样如此，故基于位置上的对应来将各第一阵元与各第二阵元划分为若干阵元组。在计算出每组的相关系数后，会对各相关系数进行平滑处理后再进行多项式拟合来确定相关系数函数，进而确定波束中心的初始估计位置。
具体的，相关系数的计算方法为：以一组阵元组的当前位置为中心，选择其邻域相位点，采用实相关或复相关系数计算方法计算相关值。其中，若采用复相关系数法，还需要对计算出的复相关系数取绝对值处理。
具体的，多项式拟合前首先会选取相关系数值大于预先设置的阈值的区域来进行初步筛选，再根据距离向位置与相关系数值之间的关系进行拟合，具体拟合关系式如下：
ρ＝a0+a1r+a2r2+…+anrn
其中，n一般取4或5，也可取其他整数值。在确定多项式系数a0、a1、…，an后，计算a0+a1r+a2r2+…+anrn的最大值，将其最大值所对应的r作为波束中心的初始估计位置。
S103、提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置。
在本申请实施例中，还将基于压缩回波来提取获得其对应的缠绕相位，基于缠绕相位值为零的位置以及前述步骤得到的初始估计位置最近的点来作为波束中心的修正估计位置。
在一种可实施方式中，步骤S103包括：
对所述压缩回波进行干涉相位提取，并对所述干涉相位进行滤波处理，得到缠绕相位；
对所述缠绕相位取绝对值处理后，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置。
具体的，干涉相位的提取通过下式进行计算：
其中，表示上子阵接收信号压缩后的第i个采样点，/>表示下子阵接收信号压缩后的第i个采样点，angle(·)表示取相位主值操作，其取值范围为(-π,π]。
具体的，对干涉相位进行滤波处理可以采用回转均值滤波，或者回转中值滤波处理等采用相位滤波处理方法。然后对缠绕相位进行取绝对值操作，使得处理后的缠绕相位零点与整数倍波长距离差的位置相对应。
具体的，缠绕相位值为零位置的选取采用极小值选择法，对于滤波和取绝对值后的干涉相位极小值与整数倍波长相位差的位置相对应。然后再选择出与初始估计位置最近的整数倍波长相位差的位置作为波束中心的修正估计位置。
S104、在确定单个脉冲内的至少两个所述修正估计位置后，确定所述波束中心的最终估计位置，基于所述最终估计位置、第一接收阵以及第二接收阵的三角形几何关系计算确定载体的对底高度。
所述对底高度在本申请实施例中可以理解为形成的三角形几何关系中与两腰相邻的上顶点至下底的高度距离。
在本申请实施例中，将对单个脉冲内的多个数据对进行同样方法处理，得到多个波束中心的估计位置，然后采用统计处理方法求得最终的波束中心估计位置。再利用三角形几何关系计算出基线与声波入射方向之间的夹角，进而推算出载体的对底高度。
在一种可实施方式中，步骤S104中所述确定所述波束中心的最终估计位置，包括：
采用最大类间方差法确定各所述修正估计位置的分割阈值，并基于所述分割阈值剔除错误的所述修正估计位置；
对剩余的所有所述修正估计位置的平均值作为所述波束中心的最终估计位置。
具体的，对于单个脉冲内每一上下信号对求得相互独立的波束中心的修正估计位置，将采用最大类间方差法确定分割阈值，剔除错误的修正估计值后，取有效修正估计值得平均值作为最终得波束中心距离位置估计。
具体的，如图2所示，波束中心点位置与两接收阵构成的等腰三角形，底角可表示为：
其中B表示基线长度。
由于波束中心点与两接收阵的距离相等，等腰三角形两腰长可表示为：
r1＝r2＝rmin+rc·rbin
其中rmin表示采集时的起始采样距离，rbin表示距离向采样点间隔，rc表示波束中心所在的距离向采样点位置。
具体的，声纳载体的对底高度可以表示为：
H0＝r1sin(β-θ)
其中r1表示波束中心点与接收阵的距离，β表示要求7中的等腰三角形底角，θ表示基线倾角。
如图3所示，本申请的设计思路为，对上下接收阵接收的回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到压缩后的脉冲回波信号。计算压缩后上下接收阵回波信号对的相关系数，对直接计算的相关系数采用多项式拟合，以此得到距离向相关系数函数，取函数最大值对应位置作为波束中心的初始估计位置。对脉冲压缩后的上下回波信号对直接进行共轭相乘，提取干涉相位后进行相位滤波处理。将距离初始估计位置最近且缠绕相位为零的位置作为波束中心的修正估计位置。再根据单个脉冲内多个信号对采用同样方法进行波束中心位置估计，并根据求出的多个修正估计位置进行统计处理得到波束中心的最终估计位置。最后利用三角形关系推算出波束中心的下视角度，进而估算出载体的对底高度信息。本方法直接根据声纳回波信号提取对底高度，消除了对高度计信息的依赖，同时提取的高度信息与数据直接相关，可直接用于干涉信号处理中的平底相位去除和绝对缠绕数计算，简化了干涉信号处理中的相位解缠，并为干涉信号处理提供绝对相位信息。
下面将结合附图4，对本发明实施例提供的基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计装置进行详细介绍。需要说明的是，附图4所示的基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计装置，用于执行本发明图1所示实施例的方法，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参考本发明图1所示的实施例。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计装置。如图4所示，所述装置包括：
处理模块401，用于对干涉合成孔径声纳的两侧上分别设置的第一接收阵和第二接收阵接收的回波信号在距离向上进行脉冲压缩处理，得到压缩回波；
拟合模块402，用于将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
修正模块403，用于提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置；
计算模块404，用于在确定单个脉冲内的至少两个所述修正估计位置后，确定所述波束中心的最终估计位置，基于所述最终估计位置、第一接收阵以及第二接收阵的三角形几何关系计算确定载体的对底高度。
在一种可实施方式中，所述拟合模块402包括：
阵元组确定单元，用于将所述第一接收阵中的任意一个第一阵元以及在所述第二接收阵中与所述第一阵元在位置上对应的一个第二阵元确定为一个阵元组，获得若干所述阵元组；
相关系数计算单元，用于计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，并基于滤波方法对所述相关系数进行平滑处理，得到平滑相关系数；
多项式拟合单元，用于通过多项式拟合方法对所述平滑相关系数在距离向上进行相关系数拟合，得到相关系数函数；
初始估计位置确定单元，用于将所述相关系数函数中相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置。
在一种可实施方式中，所述相关系数计算单元具体用于：
以每个所述阵元组的当前位置为中心，选择所述中心的邻域相位点，采用实相关系数法或复相关系数法计算距离向上的相关系数，其中采用复相关系数法时将对计算得到的复相关系数取绝对值处理。
在一种可实施方式中，所述修正模块403包括：
干涉相位提取单元，用于对所述压缩回波进行干涉相位提取，并对所述干涉相位进行滤波处理，得到缠绕相位；
修正估计单元，用于对所述缠绕相位取绝对值处理后，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置。
在一种可实施方式中，所述干涉相位提取单元具体用于：
根据回转均值滤波或回转中值滤波的方式对所述干涉相位进行滤波处理。
在一种可实施方式中，所述修正估计单元具体用于：
通过极小值选取法确定缠绕相位值为零的取零位置；
在所述取零位置中选择与所述初始估计位置最近的整数倍波长相位差的位置作为所述波束中心的修正估计位置。
在一种可实施方式中，所述计算模块404包括：
剔除单元，用于采用最大类间方差法确定各所述修正估计位置的分割阈值，并基于所述分割阈值剔除错误的所述修正估计位置；
最终估计位置计算单元，用于对剩余的所有所述修正估计位置的平均值作为所述波束中心的最终估计位置。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，FPGA)、集成电路(Integrated Circuit，IC)等。
本发明实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本发明实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本发明实施例所述的功能的软件而实现。
参见图5，其示出了本发明实施例所涉及的一种电子设备的结构示意图，该电子设备可以用于实施图1所示实施例中的方法。如图5所示，电子设备500可以包括：至少一个中央处理器501，至少一个网络接口504，用户接口503，存储器505，至少一个通信总线502。
其中，通信总线502用于实现这些组件之间的连接通信。
其中，用户接口503可以包括显示屏(Display)、摄像头(Camera)，可选用户接口503还可以包括标准的有线接口、无线接口。
其中，网络接口504可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。
其中，中央处理器501可以包括一个或者多个处理核心。中央处理器501利用各种接口和线路连接整个终端500内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器505内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器505内的数据，执行终端500的各种功能和处理数据。可选的，中央处理器501可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。中央处理器501可集成中央中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图像中央处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到中央处理器501中，单独通过一块芯片进行实现。
其中，存储器505可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。可选的，该存储器505包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器505可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器505可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现上述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储上面各个方法实施例中涉及到的数据等。存储器505可选的还可以是至少一个位于远离前述中央处理器501的存储装置。如图5所示，作为一种计算机存储介质的存储器505中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及程序指令。
在图5所示的电子设备500中，用户接口503主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；而处理器501可以用于调用存储器505中存储的基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计应用程序，并具体执行以下操作：
对干涉合成孔径声纳的两侧上分别设置的第一接收阵和第二接收阵接收的回波信号在距离向上进行脉冲压缩处理，得到压缩回波；
将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置；
在确定单个脉冲内的至少两个所述修正估计位置后，确定所述波束中心的最终估计位置，基于所述最终估计位置、第一接收阵以及第二接收阵的三角形几何关系计算确定载体的对底高度。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，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单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计方法，其特征在于，所述方法包括：
对干涉合成孔径声纳的两侧上分别设置的第一接收阵和第二接收阵接收的回波信号在距离向上进行脉冲压缩处理，得到压缩回波；
将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置；
在确定单个脉冲内的至少两个所述修正估计位置后，确定所述波束中心的最终估计位置，基于所述最终估计位置、第一接收阵以及第二接收阵的三角形几何关系计算确定载体的对底高度；
所述将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置，包括：
将所述第一接收阵中的任意一个第一阵元以及在所述第二接收阵中与所述第一阵元在位置上对应的一个第二阵元确定为一个阵元组，获得若干所述阵元组；
计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，并基于滤波方法对所述相关系数进行平滑处理，得到平滑相关系数；
通过多项式拟合方法对所述平滑相关系数在距离向上进行相关系数拟合，得到相关系数函数；
将所述相关系数函数中相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
所述计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，包括：
以每个所述阵元组的当前位置为中心，选择所述中心的邻域相位点，采用实相关系数法或复相关系数法计算距离向上的相关系数，其中采用复相关系数法时将对计算得到的复相关系数取绝对值处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置，包括：
对所述压缩回波进行干涉相位提取，并对所述干涉相位进行滤波处理，得到缠绕相位；
对所述缠绕相位取绝对值处理后，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述干涉相位进行滤波处理，包括：
根据回转均值滤波或回转中值滤波的方式对所述干涉相位进行滤波处理。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置，包括：
通过极小值选取法确定缠绕相位值为零的取零位置；
在所述取零位置中选择与所述初始估计位置最近的整数倍波长相位差的位置作为所述波束中心的修正估计位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述波束中心的最终估计位置，包括：
采用最大类间方差法确定各所述修正估计位置的分割阈值，并基于所述分割阈值剔除错误的所述修正估计位置；
对剩余的所有所述修正估计位置的平均值作为所述波束中心的最终估计位置。
6.一种基于干涉相位的干涉合成孔径声纳对底高度估计装置，其特征在于，所述装置包括：
处理模块，用于对干涉合成孔径声纳的两侧上分别设置的第一接收阵和第二接收阵接收的回波信号在距离向上进行脉冲压缩处理，得到压缩回波；
拟合模块，用于将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
修正模块，用于提取获得所述压缩回波对应缠绕相位的绝对值，将缠绕相位值为零且与所述初始估计位置距离最近的点作为所述波束中心的修正估计位置；
计算模块，用于在确定单个脉冲内的至少两个所述修正估计位置后，确定所述波束中心的最终估计位置，基于所述最终估计位置、第一接收阵以及第二接收阵的三角形几何关系计算确定载体的对底高度；
所述将所述第一接收阵与第二接收阵基于位置对应的阵元划分为若干组，计算每组在距离向上的相关系数，拟合各所述相关系数并将相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置，包括：
将所述第一接收阵中的任意一个第一阵元以及在所述第二接收阵中与所述第一阵元在位置上对应的一个第二阵元确定为一个阵元组，获得若干所述阵元组；
计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，并基于滤波方法对所述相关系数进行平滑处理，得到平滑相关系数；
通过多项式拟合方法对所述平滑相关系数在距离向上进行相关系数拟合，得到相关系数函数；
将所述相关系数函数中相关系数值最大的位置作为波束中心的初始估计位置；
所述计算每个所述阵元组位置处在距离向上的相关系数，包括：
以每个所述阵元组的当前位置为中心，选择所述中心的邻域相位点，采用实相关系数法或复相关系数法计算距离向上的相关系数，其中采用复相关系数法时将对计算得到的复相关系数取绝对值处理。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
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- 2021-05-13 CN CN202110522477.6A patent/CN113281758B/zh active Active
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|---|---|
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