CN115469315B - 一种采用倾斜侧扫模式的声纳成像方法 - Google Patents

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CN115469315B CN202211359819.8A CN202211359819A CN115469315B CN 115469315 B CN115469315 B CN 115469315B CN 202211359819 A CN202211359819 A CN 202211359819A CN 115469315 B CN115469315 B CN 115469315B
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Abstract

本发明公开了一种采用倾斜侧扫模式的声纳成像方法。倾斜侧扫声纳的湿端安装于平台（水下航行器或拖体）的艏部位置，由两组倾斜布置的高频换能器构成。随着平台前向运动，两组高频换能器同步发射正交脉冲，发射波束在声纳前下方水底形成交叉形扫描线，由这两组波束扫描线对声纳下方的区域进行扫测成像。在水底扫测作业时，倾斜侧扫声纳可以与常规侧扫声纳协同工作，在水底平面网格上实现图像综合，得到无盲区的扫测图像。本发明与多波束测深、前视声纳等其他测底方法比较，系统易于实现，成本低、图像综合方法简单，图像质量高、一致性好，可有效消除常规侧扫声纳底部的图像盲区。

Description

一种采用倾斜侧扫模式的声纳成像方法
技术领域
本发明涉及侧扫声纳技术领域，具体为一种采用倾斜侧扫模式的声纳成像方法。
背景技术
侧扫声纳是目前广泛应用的水底地貌测量仪器。如图1所示，侧扫声纳在垂直于航向方向形成两个窄波束（波束开角为θ H ），一般为0.5°左右或更小，通过水底反射回波的强度变化得到地貌特征。侧扫声纳一次发射接收可以得到一条扫描线，扫描线的长度由声纳距水底高度和垂直方向开角θ V 决定，垂直方向开角较大，一般为30°～50°。声纳沿航线移动过程中多次测量可以得到连续的二维水底图像，由于图像分辨率高，在海洋测绘、地质调查、工程勘探以及水下沉船沉物搜索等方面具有广泛的应用价值。
图1可见，现有侧扫声纳方法声纳正下方区域存在扫测盲区，该盲区不能通过增加垂直开角θV予以消除。另一方面，从图3的侧扫声纳回波与水底结构的对应关系可见，对于下方水底的凸起①②的测量，由于声程差很小，不能在回波序列中进行有效区分，导致近距离测量的精度不高。目前，工程上采用重复扫测方式克服盲区，对双侧工作方式的侧扫声纳而言，无盲区重复扫测的测绘效率大幅下降。同时，由于水下位置精度校准困难，对测绘图像的校正拼接工作也成倍增加。
为了解决重复扫测方式的低效率问题，现有技术中采用多波束测深声纳来填补侧扫声纳下方的图像盲区。多波束声纳系统采用的是多通道声学阵列和数字波束形成技术，系统复杂度高，成本大幅增加。另一方面，多波束声纳输出的是描绘地形的“方位-航行距离”图像，这与侧扫图像侧重地貌特征的“伪距-航行距离”图像并不一致，图像的配准和融合处理十分复杂（参见专利申请“多波束与侧扫声纳图像的多尺度迭代自适应配准方法”，CN202110223242）。
为了克服侧扫声纳存在下方盲区的缺陷，获取无盲区的高分辨图像，需要设计一种新的扫测方式。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用倾斜侧扫模式的声纳成像方法，通过处理多部声纳的扫测图像形成无盲区的侧扫图像，所述多部声纳设置在水下声纳平台上，所述多部声纳中包括至少一部倾斜侧扫声纳，所述倾斜侧扫声纳的发射波束在声纳前下方水底平面上形成倾斜的扫描线，所述倾斜侧扫声纳的扫描线与水下声纳平台的航线方向具有固定的倾斜角，并且，所述扫描线与水下声纳平台的航线在水底的投影线相交；
所述倾斜侧扫声纳的发射波束是由两组倾斜布置的高频换能器产生，所述高频换能器安装于水下声纳平台的艏部位置；所述高频换能器的指向角
Figure 724185DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 166798DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，α为声纳波束平面与水底面的夹角，β是扫描线与水下声纳平台航线的夹角。
在一些实施方式中，所述两组倾斜布置的高频换能器发射的扫测脉冲采用正交波形，并且同步发射。
在一些实施方式中，所述多部声纳中包括至少一部常规侧扫声纳，所述倾斜侧扫声纳与常规侧扫声纳组合，共同完成无盲区侧扫成像，所述倾斜侧扫声纳与常规侧扫声纳的发射脉冲同步，发射帧率N:1，N为大于等于1的整数。
在一些实施方式中，设置在单侧的倾斜侧扫声纳的波束开角能够使扫描线完整覆盖L 1 与L 2 之间区域，其中，L 1 为水下声纳平台的航线在水底平面的投影线，L 2 为常规侧扫声纳产生的条带两边中的近端线。
在一些实施方式中，包括如下图像处理步骤：
1）由单侧的倾斜侧扫声纳输出得到初始伪距图像，对接收到的数据进行信号处理；
2）由单侧的初始伪距图像得到水底坐标的扫描图像，通过对四边形数据点进行双线性插值，得到水底坐标网格的图像；
3）由单侧的常规侧扫声纳输出得到初始伪距图像，通过双线性插值得到水底坐标网格的插值图像；
4）在水底平面上，对单侧的常规侧扫声纳与单侧的倾斜侧扫声纳的扫描条带重叠区域进行图像组合，对比两组声纳在水底网格点处的分辨单元面积，选择面积小的声纳的图像点作为重叠区域的组合图像输出；
5）按水底平面网格对双侧图像进行组合，得到无盲区扫测图像。
在一些实施方式中，所述对接收到的数据进行的信号处理包括IQ解调，基带匹配滤波、信号幅度均衡。
本发明采用倾斜扫描线设计，推导得到倾斜侧扫换能器空间方位角设计，然后将多个侧扫图像组合，得到无盲区的水底扫测图像。通过在航行器或拖体艏部设置至少一部倾斜侧扫声纳，通过倾斜方式配置换能器组，可以得到覆盖底部盲区的扫描线，并随着平台移动，在声纳下方水底形成扫测条带，很好地覆盖了侧扫声纳底部盲区。该方法能充分利用扫测脉冲带宽，所得到的图像分辨精度高，而且系统成本低，图像变换、拼图等数据处理过程简洁有效，能够大幅提高水底扫测效率。
附图说明
图1为常规双侧侧扫声纳发射波束示意图；
图2为侧扫声纳回波与水底面结构的对应关系示意图；
图3为本发明的倾斜侧扫波束几何结构示意图；
图4为本发明的倾斜侧扫模式的扫描线形式；
图5为本发明的倾斜侧扫声纳的换能器空间配置示意图；
图6为本发明的换能器与导流罩结构示意图；
图7为本发明的单侧倾斜侧扫与常规侧扫的图像条带组合示意图；
图8为本发明的双侧倾斜侧扫与常规侧扫的图像条带组合示意图；
图9为本发明的倾斜侧扫声纳与常规侧扫声纳的组合使用示意图；
图10为本发明的倾斜声纳双线性插值计算网格，其分辨单元为四边形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图3所示，建立倾斜侧扫声纳发射波束几何位置与水底平面扫描线之间的关系。图3给出了单侧倾斜侧扫模式中扫测波束（即声纳发射波束）与水底平面的空间几何关系。按照图示坐标系定义，以航线方向（航向）为x轴正方向，右舷方向为y轴正向，竖直朝下方向为z轴正向。声学基阵位于点B，扫测波束与水底平面形成三角形区域DABC。倾斜侧扫模式的基本特征是声纳发射波束在水底的扫描线与航线在水底的投影相交，且有一个固定的倾斜角。参见图3空间几何示意图，声纳发射波束的平面不仅与航线方向不垂直，而且与水底平面也不垂直，声纳发射波束平面与水底平面存在一个倾角。过B点作水底平面的垂线BO，航行器（声纳平台）距水底的高度H即为|BO|，扫测波束DABC可以近似为一个平面，扫测波束与水底平面交线为AC。在平面ABC中经B点作AC的垂线，垂点为D。经推导可知：1）平面ABC（即扫测波束）与水底平面的交角为∠BDO；2）扫描线l与OD垂直。由于侧扫声纳的换能器为长条形，这里将沿长度方向的方向矢量
Figure 183165DEST_PATH_IMAGE001
定义为换能器指向，显然，换能器指向矢量垂直于扫测波束平面，为平面ABC的法线方向。
根据侧扫声纳换能器指向和扫描线范围设计倾斜侧扫换能器参数。图4为图3沿z轴方向的俯视图，给出了倾斜侧扫的扫描线位置。根据图3和图4的空间几何关系，对于一定高度H，设扫测波束平面与水底面的夹角∠BDO为α，固定α旋转扫测波束平面，则图3中的D点可以形成一个半径为Hcot(α)的圆。由于扫描线l（图4中AD）与圆相切于D点，确定了D点也就确定了扫测波束平面ABC和扫描线l方向。因此，在水底平面xoy内，扫描线l的位置由航行器距水底的高度H, 声纳波束的平面与水底面的夹角α，以及扫描线l与航线的夹角β唯一确定，声纳换能器指向的关系满足：
Figure 960497DEST_PATH_IMAGE003
; （1）
如图5所示空间结构，左前侧扫描线的换能器位于右侧，两组换能器构成一个前倾的倒“八”字型。沿
Figure 720511DEST_PATH_IMAGE001
轴旋转换能器（图5中角度j），可以在扫描线l上移动扫描线段CA的位置。如图6所示，为了降低流噪的影响，两组换能器可以安装在半球形透声导流罩内。倾斜侧扫声纳的发射接收电子系统与常规侧扫声纳是相同的，可以用高频常规声纳直接搭建倾斜侧扫系统。
设计倾斜侧扫声纳的发射脉冲波形。倾斜侧扫声纳的两组换能器的发射波束在空间交汇，为了避免相互干扰，需要实现两组发射波形正交，这里有两种波形设计方法：1）发射脉冲处于不同频带；2）发射脉冲处于同一频带，但采用正交信号设计，可以采用正交编码信号，也可以直接采用简单的上、下线性调频脉冲（LFM）。
倾斜侧扫声纳可以与常规侧扫声纳组合使用，实现无盲区侧扫的声纳成像，步骤如下：
步骤一：由单侧的倾斜侧扫声纳输出得到初始伪距图像，换能器接收信号通过收发隔离、前放滤波、TGC后通过ADC数字化，对接收数据进行IQ解调、基带匹配滤波、信号幅度均衡等基本的信号处理过程，得到单帧扫描序列。通过多帧数据得到初始伪距图像。
步骤二：由倾斜侧扫初始伪距图像生成水底扫测图像。在图4中随着航行器的声纳沿x轴方向运动，左前侧的扫描波束将形成图中ACC’A’的覆盖区域。倾斜侧扫与常规侧扫图像的拼接需要在地理坐标一致的基础上进行，这样需要将伪距图像变换到大地坐标上。设倾斜侧扫图像由多帧数据序列组成，
Figure 266899DEST_PATH_IMAGE004
，k为帧号，n为时间采样，n=0表示脉冲发射的起始时刻，采样间隔为Dt。声纳沿x轴移动速度为v，脉冲发射间隔为t，则每帧数据的x坐标偏移为kvt, 扫描线从航线交叉点E开始计算，起始时刻
Figure 1637DEST_PATH_IMAGE005
;其中
Figure 289702DEST_PATH_IMAGE006
表示取整运算。令
Figure 666457DEST_PATH_IMAGE007
可以得到数据点位置
Figure 519881DEST_PATH_IMAGE008
与水底坐标位置(x,y)之间关系：
Figure 894362DEST_PATH_IMAGE009
+ kvt +
Figure 177445DEST_PATH_IMAGE010
;
y = -
Figure 482524DEST_PATH_IMAGE011
;
Figure 550974DEST_PATH_IMAGE012
;
Figure 611203DEST_PATH_IMAGE013
;
根据上式，对水底xoy平面划分网格（i，j），由双线性插值方式，由
Figure 584844DEST_PATH_IMAGE014
计算得到水底校正后图像
Figure 490352DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 678888DEST_PATH_IMAGE016
；其中
Figure 644439DEST_PATH_IMAGE017
为倾斜侧扫扫描的水底条带区域。
步骤三：由左侧的常规侧扫声纳输出数据P(k,n)，计算得到水底网格图像B(i,j)，
Figure 370955DEST_PATH_IMAGE018
；其中
Figure 283417DEST_PATH_IMAGE019
为常规侧扫扫描的水底条带区域。计算方式与步骤二类似，同样在水底网格（i，j）上，由双线性插值计算得到伪距校正后的扫测图像
Figure 529721DEST_PATH_IMAGE020
。
步骤四：倾斜侧扫与常规侧扫的图像重叠区域的处理。如图7所示，倾斜侧扫图像
Figure 462911DEST_PATH_IMAGE015
与常规侧扫
Figure 411144DEST_PATH_IMAGE020
形成的条带有重叠区域，在线L 2 和L 3 之间，在该区域之间是选择
Figure 409187DEST_PATH_IMAGE015
还是
Figure 759266DEST_PATH_IMAGE020
，由
Figure 66620DEST_PATH_IMAGE021
处两组声纳的分辨单元面积决定，这样就得到了航线左侧的侧扫图像
Figure 315198DEST_PATH_IMAGE022
。
步骤五：得到无盲区的左右侧扫测图像。对右侧的扫描线设计，右侧的倾斜侧扫声纳与常规声纳配置方法与左侧一样，重复步骤二至步骤四，得到航线右侧的侧扫图像
Figure 366200DEST_PATH_IMAGE023
。见图8，将两侧图像组合在一起，得到完整的无盲区扫测图像
Figure 305206DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 596510DEST_PATH_IMAGE025
；
Figure 50494DEST_PATH_IMAGE026
为线L 0 和L 5 之间的条带。
实施例
选用的声纳平台为水下航行器（UUV），采用常规侧扫声纳与倾斜侧扫声纳组合使用的方案。见图9，为水下扫测UUV系统，在UUV的两侧配置了常规侧扫声纳，参照国内外典型产品给出常规侧扫声纳基本参数：
●工作频率：400kHz;
●成像距离：200m；
●水平波束开角：0.3°；
●垂直波束开角：50°；（垂直波束中心线与水平方向夹角为35°）
●距离分辨：2.4cm；
参照图9，UUV下方存在±30°的盲区。为了填补这个盲区，本发明给出了一组倾斜侧扫声纳设计，如图9所示，倾斜侧扫声纳由两个倾斜放置的换能器组成，设置在UUV的艏部，外有透声的导流罩。
根据常规侧扫声纳盲区范围设计倾斜侧扫声纳基本参数。如图4所示，首先设计倾斜侧扫声纳的扫描线l，根据常规侧扫声纳的配置和探测量程，UUV的良好测量工况是距水底20~30m的高度航行，为了说明方便，这里取高度H=30m，令α =
Figure 374028DEST_PATH_IMAGE027
=
Figure 980590DEST_PATH_IMAGE028
，可以由下式得到倾斜换能器指向：
Figure 426483DEST_PATH_IMAGE029
;
左右换能器指向分别为
Figure 852917DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 589928DEST_PATH_IMAGE031
；
参见图3、图5和图7，单侧扫描线l至少要覆盖L 1 和L 2 之间区域，根据下面公式计算倾斜侧扫换能器的垂直波束开角∠CBA：
∠DBE =
Figure 503527DEST_PATH_IMAGE032
=
Figure 854742DEST_PATH_IMAGE033
;
∠ABD =
Figure 34051DEST_PATH_IMAGE034
=
Figure 761704DEST_PATH_IMAGE035
;
其中，
Figure 874017DEST_PATH_IMAGE036
为常规侧扫声纳盲区开角，这里设为30°。
垂直开角∠CBA = ∠ABD - ∠DBE；
代入设计值，计算得开角为：16.8°；因此倾斜侧扫声纳的单侧垂直开角超过16.8°即可以实现无盲区覆盖。实际应用时，垂直开角需要超过这个角度，实现一定宽度的条带重叠，将垂直开角设计为25~30°。考虑到斜距AB的长度约为68m，因此倾斜侧扫声纳的量程不应低于80m，这也制约了倾斜侧扫声纳的频带范围。根据上述设计说明，给出倾斜侧扫声纳的一组典型设计参数。
●工作频率：900kHz-1MHz;
●成像距离：80m；
●水平波束开角：0.5°；
●垂直波束开角：30°；
●距离分辨：2cm；
●双换能器指向向量：
Figure 864976DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 266001DEST_PATH_IMAGE031
；参照图3坐标定义。
l 单组换能器长度200mm（有效阵列长度180mm）；
参照图9，倾斜侧扫声纳湿端可以安装于UUV艏部直径400mm的半球形导流罩内。
双模式侧扫声纳组合工作时系统信号设计。在倾斜侧扫声纳与常规侧扫声纳组合使用时，需要进行声学兼容设计，即采用不同工作频带以避免相互干扰，采用同步触发方式工作，即两部声纳同时发射脉冲。除此之外，倾斜侧扫声纳的处理过程与常规侧扫声纳基本一致，均采用收发合置换能器设计，两者的接收机均包括收发隔离电路、前放滤波、时间增益控制、ADC、IQ解调、基带匹配滤波与检波等基本信号处理过程。为了方便后续图像合成，设定倾斜侧扫与常规侧扫输出序列的采样率相同，例如均为60kHz，这样，每个采样点对应的伪距长度为12.5mm。
倾斜侧扫声纳的两组换能器发射正交脉冲波形：1）LFM脉冲1，脉宽5ms，频率调制从905kHz至945kHz；2）LFM脉冲2，脉宽5ms，频率调制从995kHz至955kHz；信号计算式如下：
1）
Figure 797345DEST_PATH_IMAGE037
Figure 233006DEST_PATH_IMAGE038
;
2）
Figure 926024DEST_PATH_IMAGE039
Figure 79925DEST_PATH_IMAGE040
;
其中：
Figure 149381DEST_PATH_IMAGE041
;信号采样率为10MHz。
倾斜侧扫声纳与常规侧扫声纳组合使用时，为了得到无盲区扫测图像，需要采用如下处理步骤：
步骤一：由单侧的倾斜侧扫声纳输出得到初始伪距图像，换能器接收信号通过收发隔离、前放滤波、TGC后通过ADC数字化，对接收数据进行IQ解调、基带匹配滤波、信号幅度均衡等基本的信号处理过程，得到单帧扫描序列。通过多帧数据得到初始伪距图像。
步骤二：由倾斜侧扫初始伪距图像生成水底扫测图像。在设计好倾斜侧扫声纳参数后，后续的步骤说明了如何将倾斜侧扫图像与常规侧扫图像进行综合。首先对左侧倾斜扫描条带与左侧常规侧扫条带进行组合。在图2中，倾斜侧扫数据生成水底扫测图像，随着声纳沿x轴方向运动，左前侧的扫描波束将形成图中ACC'A'的覆盖区域。倾斜侧扫与常规侧扫图像的拼接需要在统一的地理坐标上进行，这样需要将伪距图像变换到大地坐标上。设倾斜侧扫图像是由多帧数据序列组成
Figure 439548DEST_PATH_IMAGE004
，k为帧号，n为时间采样，n=0表示脉冲发射的起始时刻，采样间隔为Dt。声纳沿x轴移动速度为v，脉冲发射间隔为t，则每帧数据的x坐标偏移为kvt, 扫描线从航线交叉点E开始计算，起始时刻
Figure 569047DEST_PATH_IMAGE005
;其中
Figure 679086DEST_PATH_IMAGE006
表示取整运算。令
Figure 21074DEST_PATH_IMAGE007
可以得到数据点位置
Figure 883857DEST_PATH_IMAGE008
与水底坐标位置(x,y)之间关系：
Figure 200569DEST_PATH_IMAGE009
+ kvt +
Figure 312750DEST_PATH_IMAGE010
;
y = -
Figure 678003DEST_PATH_IMAGE011
;
Figure 192030DEST_PATH_IMAGE012
; （2）
Figure 414064DEST_PATH_IMAGE013
;
根据上式，对水底xoy平面划分网格（i，j），x轴网格的间距设定为每帧数据对应航行距离的一半，即
Figure 771400DEST_PATH_IMAGE042
; 假定航行器航行速度为1.5m/s,脉冲发射频率为3Hz，则
Figure 737082DEST_PATH_IMAGE043
取0.25m；同理，y轴网格的间距设定为最小距离分辨的一半，即
Figure 371194DEST_PATH_IMAGE044
。由公式组(2),可以得到声纳输出数据的标号（k,m）对应的水底平面位置
Figure 764130DEST_PATH_IMAGE045
。对任意水底平面网格点（i，j），查找相邻的数据点，满足（i
Figure 850903DEST_PATH_IMAGE043
，j
Figure 354697DEST_PATH_IMAGE046
y）位于
Figure 312157DEST_PATH_IMAGE047
,
Figure 875994DEST_PATH_IMAGE048
,
Figure 184484DEST_PATH_IMAGE049
,
Figure 491969DEST_PATH_IMAGE050
构成的平行四边形内。由双线性插值方式由
Figure 835094DEST_PATH_IMAGE014
计算得到水底校正后图像
Figure 569832DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 365619DEST_PATH_IMAGE051
；其中
Figure 476794DEST_PATH_IMAGE017
为倾斜侧扫对应的水底条带区域。具体公式为：
Figure 674426DEST_PATH_IMAGE015
=
Figure 298175DEST_PATH_IMAGE052
+
Figure 331990DEST_PATH_IMAGE053
+
Figure 230544DEST_PATH_IMAGE054
;
其中:
Figure 502257DEST_PATH_IMAGE055
Figure 624802DEST_PATH_IMAGE056
；
参见图10，给出加权系数：
Figure 880334DEST_PATH_IMAGE057
;
Figure 582580DEST_PATH_IMAGE058
;
Figure 708799DEST_PATH_IMAGE059
;
Figure 205508DEST_PATH_IMAGE060
;
其中四边形的顶点坐标：
Figure 948336DEST_PATH_IMAGE061
,
Figure 454273DEST_PATH_IMAGE062
；
Figure 231736DEST_PATH_IMAGE063
,
Figure 899347DEST_PATH_IMAGE064
;
参见图10，倾斜侧扫沿航线方向的网格尺度（
Figure 395050DEST_PATH_IMAGE065
）要远大于距离维分辨，50cm对2cm,为改善成像效果，可以通过增加扫描帧率实现，即与常规侧扫形成N:1的扫描频次关系（N为大于等于1的整数），同时在系统设计上尽量消除倾斜侧扫对常规侧扫的干扰，如采用模拟功放降低信号频带扩展，采取良好的电磁兼容性措施等。
步骤三：插值得到左侧常规侧扫水底网格图像。左侧常规侧扫声纳输出数据P(k, n)，计算得到水底网格图像B(i,j)，
Figure 376781DEST_PATH_IMAGE066
；其中
Figure 523598DEST_PATH_IMAGE019
为常规侧扫扫描的水底条带区域。计算方式与步骤二类似，同样在水底网格（i，j）上，由双线性插值计算得到伪距校正后的扫测图像
Figure 112842DEST_PATH_IMAGE020
。
步骤四：对左侧双模式侧扫图像进行综合。如图7所示，倾斜侧扫图像
Figure 79530DEST_PATH_IMAGE015
与常规侧扫
Figure 412422DEST_PATH_IMAGE020
形成的条带有重叠区域，在线L 2 和L 3 之间，在该区域之间是选择
Figure 679325DEST_PATH_IMAGE015
还是
Figure 439470DEST_PATH_IMAGE020
，由
Figure 96716DEST_PATH_IMAGE021
处两组声纳的分辨单元面积决定，根据本实施例的参数，倾斜侧扫声纳的分辨单元面积更小，因此在重合区域，选择倾斜侧扫图像。这样就得到了航线左侧的侧扫图像
Figure 233300DEST_PATH_IMAGE022
。
步骤五：对右侧双模式侧扫图像进行综合，得到完整的无盲区扫测图像。在右侧的扫描线设计上，倾斜与常规声纳配置方法与左侧一样，重复步骤二至步骤四，得到航线右侧的侧扫图像
Figure 354708DEST_PATH_IMAGE023
。参见附图8，将两侧图像组合在一起，即可得到完整的无盲区扫测图像
Figure 738285DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 430298DEST_PATH_IMAGE025
；
Figure 885419DEST_PATH_IMAGE026
为线L 0 和L 5 之间的条带。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明的技术内涵及其引申结果，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，例如将倾斜侧扫声纳安装于UUV的艉部；针对航行器速度不能准确获取，或者水底平面有一定倾角等情况，为了保证扫测图像的连续性所增加的声图相关配准操作等，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种采用倾斜侧扫模式的声纳成像方法，通过处理多部声纳的扫测图像形成无盲区的侧扫图像，所述多部声纳设置在水下声纳平台上，其特征在于，所述多部声纳中包括至少一部倾斜侧扫声纳，所述倾斜侧扫声纳的发射波束在声纳前下方水底平面上形成倾斜的扫描线段，所述倾斜侧扫声纳的扫描线段与水下声纳平台的航线方向具有固定的倾斜角，并且，所述扫描线段与水下声纳平台的航线在水底的投影线相交，并具有交点；
所述倾斜侧扫声纳的发射波束是由两组倾斜布置的高频换能器产生，所述高频换能器安装于水下声纳平台的艏部位置；所述高频换能器的指向角
Figure QLYQS_1
为：
Figure QLYQS_2
;
其中，α为声纳波束平面与水底面的夹角，β是扫描线段与水下声纳平台航线的夹角；
所述扫描线段具有靠近所述水下声纳平台的一端以及远离所述水下声纳平台的另一端；
所述交点位于扫描线段上靠近水下声纳平台的一端。
2.根据权利要求1所述的声纳成像方法，其特征在于，所述两组倾斜布置的高频换能器发射的扫测脉冲采用正交波形，并且同步发射。
3.根据权利要求1所述的声纳成像方法，其特征在于，所述多部声纳中包括至少一部常规侧扫声纳，所述倾斜侧扫声纳与常规侧扫声纳组合，共同完成无盲区侧扫成像，所述倾斜侧扫声纳与常规侧扫声纳的发射脉冲同步，发射帧率N:1，N为大于等于1的整数。
4.根据权利要求3所述的声纳成像方法，其特征在于，设置在单侧的倾斜侧扫声纳的波束开角能够使扫描线段完整覆盖L 1 与L 2 之间区域，其中，L 1 为水下声纳平台的航线在水底平面的投影线，L 2 为常规侧扫声纳产生的条带两边中的近端线。
5.根据权利要求3所述的声纳成像方法，其特征在于，包括如下图像处理步骤：
1）由单侧的倾斜侧扫声纳输出得到初始伪距图像，对接收到的数据进行信号处理；
2）由单侧的初始伪距图像得到水底坐标的扫描图像，通过对四边形数据点进行双线性插值，得到水底坐标网格的图像；
3）由单侧的常规侧扫声纳输出得到初始伪距图像，通过双线性插值得到水底坐标网格的插值图像；
4）在水底平面上，对单侧的常规侧扫声纳与单侧的倾斜侧扫声纳的扫描条带重叠区域进行图像组合，对比两组声纳在水底网格点处的分辨单元面积，选择面积小的声纳的图像点作为重叠区域的组合图像输出；
5）按水底平面网格对双侧图像进行组合，得到无盲区扫测图像。
6.根据权利要求5所述的声纳成像方法，其特征在于，所述对接收到的数据进行的信号处理包括IQ解调，基带匹配滤波、信号幅度均衡。
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