CN115494485A - 一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法及系统，所述方法包括：步骤1)对多波束成像声纳采集的通道回波信号进行阵列通道幅相一致性校准；步骤2)对校准后的通道回波信号分别进行方位向的波束形成和距离向的脉冲压缩，得到方位向波束域数据和距离向匹配滤波输出数据；步骤3)对步骤2)得到的两维数据进行二维空间变迹滤波处理，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。本发明的方法可实现声呐二维低旁瓣级恒定分辨率的成像效果，且该方法的计算复杂度较低；具有较强的鲁棒性。

Description

一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法及系统
技术领域
本发明属于海洋水声信号处理技术领域，尤其涉及一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法及系统。
背景技术
在多波束成像声呐中，常用的角度向旁瓣抑制方法是采用线性余弦类窗函数对阵列通道数据幅度加权来实现的，加窗处理来降低旁瓣的优点是基本没有增加成像算法的复杂度和运行时间，然而线性加窗加权是对有限序列的截断，会产生吉布斯效应(数学上，即sinc函数插值)，这会导致声图角度向主瓣的展宽，从而导致图像声呐角度向的分辨率降低。并且在实际工程应用中，阵列通道的幅度和相位一致性不是理想的，则会造成余弦窗函数幅度加权抑制旁瓣失效。
发明内容
现有技术存在的问题是常规线性窗函数加权中减小主瓣宽度与降低旁瓣是相互矛盾的，本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提出了一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法及系统。
为了实现上述目的，本发明提出了一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，所述方法包括：
步骤1)对多波束成像声纳采集的通道回波信号进行阵列通道幅相一致性校准；
步骤2)对校准后的通道回波信号分别进行方位向的波束形成和距离向的脉冲压缩，得到方位向波束域数据和距离向匹配滤波输出数据；
步骤3)对步骤2)得到的两维数据进行二维空间变迹滤波处理，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体包括：
根据第n个阵元相对于阵列等效声中心的相位差ψn，第n个阵元与参考阵元o之间的距离rn，由下式得到相位差平方和代价函数值Q：
Figure BDA0003852231080000021
其中，N为多波束成像声纳的阵元数，λ表示阵列工作频率对应的波长，ψn为第n个阵元相对于阵列等效声中心的相位差；
令
Figure BDA0003852231080000022
得到声源的估计距离
Figure BDA0003852231080000023
和估计方位
Figure BDA0003852231080000024
结合测量得到的声源距离r0和方位θ0，得到阵元相位误差
Figure BDA0003852231080000025
为：
Figure BDA0003852231080000026
其中，
Figure BDA0003852231080000027
表示阵元间实际相位差，dn表示几何相位差；
对每个阵元接收到的声源信号K个采样点求平均，则各个阵元的幅度An表示为：
Figure BDA0003852231080000028
其中，i表示每个阵元接收到的声源信号第i个采样点；
对各个阵元的幅度与参考阵元的幅度做比值处理获得阵元幅度分布
Figure BDA0003852231080000029
再与参考阵元的幅度做减法，得到阵元幅度不一致性
Figure BDA00038522310800000210
根据阵元相位误差
Figure BDA00038522310800000211
和阵元幅度不一致性
Figure BDA00038522310800000212
实现对阵列通道幅相一致性校准。
作为上述方法的一种改进，对校准后的通道回波信号进行方位向的波束形成具体包括具体包括：
Bs(m)＝B(m)+wB(m+k)+wB(m-k)
B(m)＝I(m)+Q(m)
其中，Bs(m)表示加窗波束形成获得的数据，m表示采样点，w表示不同的窗函数，k表示波束图位移的采样点数，B(m)表示均匀加权波束形成获得的数据，I(m)为实部，Q(m)为虚部，B(m+k)表示波束图右位移k个采样点的均匀加权波束形成获得的数据，B(m-k)表示波束图左位移k个采样点的均匀加权波束形成获得的数据；
通过求解每个波束采样点处的最优权值，实现|Is(m)|2和|Qs(m)|2的模值同时最小，达到保留波束主瓣抑制波束旁瓣的效果。
作为上述方法的一种改进，
Figure BDA0003852231080000031
且k≤10；
其中，λ为阵列工作频率对应的波长，N为多波束成像声纳的阵元数，dB是u空间相邻波束间隔值，
Figure BDA0003852231080000032
表示向下取整运算。
作为上述方法的一种改进，所述距离向匹配滤波输出数据Rs(p)满足下式：
Rs(p)＝R(p)+wR(p+q)+wR(p-q)
Figure BDA0003852231080000033
其中，q表示距离向位移的采样点数，B表示带宽，fs是阵元域数据采样率，
Figure BDA0003852231080000034
表示向下取整运算。R(p)表示脉冲压缩的输出数据，R(p+q)表示距离向右位移q个采样点脉冲压缩的输出数据，R(p-q)表示距离向左位移q个采样点脉冲压缩的输出数据。
作为上述方法的一种改进，二维空间变迹滤波的窗函数加权值矩阵为：
Figure BDA0003852231080000035
其中，wm和wp分别表示方位向和距离向的窗函数加权值。
作为上述方法的一种改进，二维空间变迹滤波后的波束域数据B's(m,p)为：
B's(m,p)＝B'(m,p)+wm(wpP+Qm)+wpQp
其中，Qm为方位向虚部，Qp为距离向虚部，B'(m,p)为经过预成接收多波束处理之后的角度向-距离向数据矩阵，P为整合变量，
Qm＝B'(m-k,p)+B'(m+k,p)
Qp＝B'(m,p-q)+B'(m,p+q)
P＝B'(m-k,p-q)+B'(m+k,p+q)+B'(m-k,p+q)+B'(m+k,p-q)
B's(m,p)在wm维和wp维是单调的，并且在(wm,wp)的取值范围0≤{wm,wp}≤1/2，对实部和虚部分别求解，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
另一方面，本发明提出了一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像系统，所述系统包括：幅相一致性校准模块、方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块和二维空间变迹滤波处理模块；其中，
所述幅相一致性校准模块，用于对多波束成像声纳采集的通道回波信号进行阵列通道幅相一致性校准；
所述方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块，用于对校准后的通道回波信号分别进行方位向的波束形成和距离向的脉冲压缩，得到方位向波束域数据和距离向匹配滤波输出数据；
所述二维空间变迹滤波处理模块，用于对方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块得到的两维数据进行二维空间变迹滤波处理，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明的方法可实现声呐二维低旁瓣级恒定分辨率的成像效果，且该方法的计算复杂度较低；
2、本发明方法具有较强的鲁棒性。
附图说明
图1是本发明的二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法流程图；
图2是采用现有的均匀幅度加权方法的仿真示例结果图；
图3是采用本发明方法的仿真示例结果图。
具体实施方式
本发明提出了改进的空间变迹滤波声呐成像方法，将空间变迹滤波方法应用于成像声呐中方位-距离二维波束域数据后处理，并将幅相不一致性校准方法与空间变迹滤波方法结合，避免幅相不一致性导致的波束旁瓣抬高，改进空间变迹滤波方法的鲁棒性，实现了声呐二维低旁瓣级恒定分辨率的成像效果。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
如图1所示，本发明的实施例1提出了一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，所述方法包括：
步骤1)对多波束成像声纳采集的通道回波信号进行阵列通道幅相一致性校准；
步骤2)对校准后的通道回波信号分别进行方位向的波束形成和距离向的脉冲压缩，得到方位向波束域数据和距离向匹配滤波输出数据；
步骤3)对步骤2)得到的两维数据进行二维空间变迹滤波处理，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
首先，方位向的空间变迹滤波(SVA)。假设声呐接收阵列的阵元个数为N，窗函数加权的波束图可以表示为
Figure BDA0003852231080000051
其中，Bs(u)为窗函数加权的波束图，w＝0时，表示矩形窗；w＝0.5时，表示汉宁窗；w＝0.43时，表示汉宁窗。
Figure BDA0003852231080000052
结合标准阵列波束图性质，式(1)可以表示为
Figure BDA0003852231080000053
输出的波束域数据由实部和虚部组成，Bs(u)＝Is(u)+jQs(u)，Is(u)为实部，Qs(u)为虚部。
为了便于后续的波束域数据点分析计算，用采样点m(m＝1,2,…,NB)作为变量表示波束域数据，则
Bs(m)＝B(m)+wB(m+k)+wB(m-k) (3)
Figure BDA0003852231080000061
-1≤u≤1是标准波束图，B(m)＝I(m)+Q(m)，I(m)为实部，Q(m)为虚部，d为相邻阵元间距，λ为阵列工作频率对应的波长，u为波束域变量。k表示波束图位移的采样点数，且
Figure BDA0003852231080000062
实际计算时，为了尽可能满足邻近采样点进行变迹滤波处理，根据主波束宽度，调整波束间隔，一般控制k≤10，dB是u空间相邻波束间隔值，
Figure BDA0003852231080000063
表示向下取整运算。
波束域空间变迹滤波算法的波束图响应实部可求解表示为
Figure BDA0003852231080000064
同理，虚部可以利用相同的方法求得wQ(m)和Qs(m)的最优值
其中
Figure BDA0003852231080000065
波束域空间变迹滤波算法通过求解每个波束采样点处的最优权值，即对波束域数据的滤波，实现|Is(m)|2和|Qs(m)|2的模值同时最小，最终达到保留波束主瓣抑制波束旁瓣的效果。
其次距离向的空间变迹滤波。
工程中图像声纳系统往往采用线性调频信号(LFM)作为发射信号，增加声纳的最大作用距离，一般情况下，在匹配滤波过程中对LFM信号线性加窗的方式降低距离向旁瓣，但此种方法将会导致距离向分辨率降低。LFM复信号经过匹配滤波之后的输出包络可以表示为
Figure BDA0003852231080000066
其中，T表示LFM信号脉宽，K表示LFM信号的调频率，B表示LFM信号的带宽。
LFM复信号匹配滤波之后的输出信号的幅度包络呈sinc函数形式，同理，声纳图像距离向若采用变迹滤波算法仍能够达到距离向恒定分辨率低旁瓣效果。根据傅里叶变换的性质，频域相乘等效与时域卷积的特性，距离向空间变迹滤波算法可以表示为
Rs(p)＝R(p)+wR(p+q)+wR(p-q) (7)
其中，Rs(p)表示距离向加窗匹配滤波输出，q表示时间域采样点，表示距离向位移的采样点数，且
Figure BDA0003852231080000071
fs是阵元域数据采样率。
然后，幅相不一致性校准。
当阵列通道存在幅相不一致性时，波束图产生旁瓣升高的现象，导致输出的包络不再符合sinc函数的形式，因此，在使用SVA算法处理之前，应进行阵列通道幅相不一致性校准，使得点目标声图在角度向切面图包络似sinc形状。
在工程应用中，测量得到的第n个阵元相对于阵列等效声中心的相位差Ψn为声程差引起的几何相位差φn与阵元相位不一致性(相位误差)
Figure BDA0003852231080000072
之和，即
Figure BDA0003852231080000073
为了减小相位不一致性
Figure BDA0003852231080000074
估计误差，考虑声源F位于换能器阵列的菲涅尔近场区域，与参考阵元o之间的距离为rn。该发明采用“相位差最小平方”方法精确估计出声源的位置距离r0和方位θ0的值，进而估计出阵元间的相位不一致性，相位差平方和代价函数为
Figure BDA0003852231080000075
假设精确计算出声源的位置r0和θ0的值，则能够完全修正声程差带来的相位差，此时，Q值能够达到最小，因此，在预设的声源位置范围内，Q最小值具有唯一收敛性，即搜索出Q的最小值，以获取声源的精确位置
Figure BDA0003852231080000076
和
Figure BDA0003852231080000077
此时满足
Figure BDA0003852231080000081
结合测量获得的实际阵元相位差，则阵元相位不一致性可表示为
Figure BDA0003852231080000082
其中，
Figure BDA0003852231080000083
表示阵元间实际相位差，dn表示几何相位差；
在估计阵元幅度不一致性时，为了提高估计精度，对每个阵元接收到的声源信号多个采样点求平均，则各个阵元的幅度表示为
Figure BDA0003852231080000084
然后，各个阵元的幅度与参考阵元的幅度做比值处理获得阵元幅度分布
Figure BDA0003852231080000085
并与参考阵元的幅度做减法，以获取阵元幅度不一致性
Figure BDA0003852231080000086
根据阵元相位误差
Figure BDA0003852231080000087
和阵元幅度不一致性
Figure BDA0003852231080000088
实现对阵列通道幅相一致性校准。
在多波束成像声纳中，为了提高阵元相位差测量精度，通常在多个声源方位上测量和计算相位不一致性，然后进行比较分析，以获得波束图更接近于理想值。
最后，改进的二维空间变迹滤波成像方法。对阵列回波数据进行幅相校准之后，进行二维空间变迹滤波。
针对二维SVA，仍然采用I路和Q路分离方法，同理一维SVA可得，二维SVA算法的窗函数加权值矩阵可以表示为
算法的窗函数加权值矩阵可以表示为
Figure BDA0003852231080000089
其中，wm和wp分别表示方位向和距离向的窗函数加权值，则二维SVA处理之后的波束域数据为
B's(m,p)＝B'(m,p)+wm(wpP+Qm)+wpQp (13)
其中，假设wm≠wp，表示经过预成接收多波束处理之后的角度向-距离向数据矩阵B's(m,p)，
Qm＝B'(m-k,p)+B'(m+k,p) (14)
Qp＝B'(m,p-q)+B'(m,p+q) (15)
Figure BDA0003852231080000091
其中，P为整合变量，二维SVA算法的基本原理是在0≤{wm,wp}≤1/2条件下，寻优|B's(m,p)|2最小值的解(wm,wp)。类比于一维SVA算法，此处仍采用I路和Q路分开寻优，则式(12)在给定wp时，表示为wm的线性函数
B's(m,p)＝B'(m,p)+wm(wpP+Qm)+wpQp (17)
同理可得，式(12)在给定wm时，表示为wp的线性函数
B's(m,p)＝B'(m,p)+wp(wmP+wpQp)+wmQm (18)
根据式(16)和式(17)的线性函数关系，可知B's(m,p)在wm维和wp维是单调的，并且在(wm,wp)的取值范围0≤{wm,wp}≤1/2，则B's(m,p)的最小值和最大值出现在加权取值的边界处，即(wm,wp)＝(0,0)，(wm,wp)＝(0,1/2)，(wm,wp)＝(1/2,0)和(wm,wp)＝(1/2,1/2)处，因此，考虑CDA算法权值边界处极性变化和SVA算法的等效性，二维SVA的I路和Q路分离同时处理算法可以描述为
Figure BDA0003852231080000092
其中，
Figure BDA0003852231080000093
表示在波束域数据处，窗函数取值(wm,wp)＝(1/2,0)时，经过二维SVA处理后获得的恒定分辨率低旁瓣波束域数据，其他表示同理。
实部和虚部求解之后，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
实施例2
本发明的实施例2提出了一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像系统，所述系统包括：幅相一致性校准模块、方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块和二维空间变迹滤波处理模块；具体处理方法同实施例1。其中，
幅相一致性校准模块，用于对多波束成像声纳采集的通道回波信号进行阵列通道幅相一致性校准；
方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块，用于对校准后的通道回波信号分别进行方位向的波束形成和距离向的脉冲压缩，得到方位向波束域数据和距离向匹配滤波输出数据；
二维空间变迹滤波处理模块，用于对方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块得到的两维数据进行二维空间变迹滤波处理，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
仿真示例
考虑一均匀等距线阵，阵元个数为80，阵列中心频率为80kHz，相邻阵元间距为半个波长，由多个点目标组成L形状，发射信号为线性调频(LFM)信号，角度维和距离维均采用均匀幅度加权SVA处理计算声图，图2为采用均匀幅度加权方法的仿真结果，图3为采用本发明的方法仿真结果。
由上述的仿真结果可知，常规均匀加权方法获得的声图中，目标旁瓣较高，可能会导致后续检测出假目标，而本发明方法能够有效抑制方位向和距离向旁瓣，且分辨率恒定，有效的改善了图像质量。
综述：本发明提出了改进的空间变迹滤波声呐成像方法，将空间变迹滤波方法应用于成像声呐中方位-距离二维波束域数据后处理，并将幅相不一致性校准方法与空间变迹滤波方法结合，避免幅相不一致性导致的波束旁瓣抬高，改进空间变迹滤波方法的鲁棒性，实现了声呐二维低旁瓣级恒定分辨率的成像效果。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，所述方法包括：
步骤1)对多波束成像声纳采集的通道回波信号进行阵列通道幅相一致性校准；
步骤2)对校准后的通道回波信号分别进行方位向的波束形成和距离向的脉冲压缩，得到方位向波束域数据和距离向匹配滤波输出数据；
步骤3)对步骤2)得到的两维数据进行二维空间变迹滤波处理，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
2.根据权利要求1所述的二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：
根据第n个阵元相对于阵列等效声中心的相位差ψn，第n个阵元与参考阵元o之间的距离rn，由下式得到相位差平方和代价函数值Q：
Figure FDA0003852231070000011
其中，N为多波束成像声纳的阵元数，λ表示阵列工作频率对应的波长，ψn为第n个阵元相对于阵列等效声中心的相位差；
令
Figure FDA0003852231070000012
得到声源的估计距离
Figure FDA0003852231070000013
和估计方位
Figure FDA0003852231070000014
结合测量得到的声源距离r0和方位θ0，得到阵元相位误差
Figure FDA0003852231070000015
为：
Figure FDA0003852231070000016
其中，
Figure FDA0003852231070000017
表示阵元间实际相位差，dn表示几何相位差；
对每个阵元接收到的声源信号K个采样点求平均，则各个阵元的幅度An表示为：
Figure FDA0003852231070000018
其中，i表示每个阵元接收到的声源信号第i个采样点；
对各个阵元的幅度与参考阵元的幅度做比值处理获得阵元幅度分布
Figure FDA0003852231070000019
再与参考阵元的幅度做减法，得到阵元幅度不一致性
Figure FDA00038522310700000110
根据阵元相位误差
Figure FDA0003852231070000021
和阵元幅度不一致性
Figure FDA0003852231070000022
实现对阵列通道幅相一致性校准。
3.根据权利要求1所述的二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，其特征在于，对校准后的通道回波信号进行方位向的波束形成具体包括：
Bs(m)＝B(m)+wB(m+k)+wB(m-k)
B(m)＝I(m)+Q(m)
其中，Bs(m)表示加窗波束形成获得的数据，m表示采样点，w表示不同的窗函数，k表示波束图位移的采样点数，B(m)表示均匀加权波束形成获得的数据，I(m)为实部，Q(m)为虚部，B(m+k)表示波束图右位移k个采样点的均匀加权波束形成获得的数据，B(m-k)表示波束图左位移k个采样点的均匀加权波束形成获得的数据；
通过求解每个波束采样点处的最优权值，实现|Is(m)|2和|Qs(m)|2的模值同时最小，达到保留波束主瓣抑制波束旁瓣的效果。
4.根据权利要求3所述的二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，其特征在于，
Figure FDA0003852231070000023
且k≤10；
其中，λ为阵列工作频率对应的波长，N为多波束成像声纳的阵元数，dB是波束域u空间相邻波束间隔值，
Figure FDA0003852231070000024
表示向下取整运算。
5.根据权利要求1所述的二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，其特征在于，所述距离向匹配滤波输出数据Rs(p)满足下式：
Rs(p)＝R(p)+wR(p+q)+wR(p-q)
Figure FDA0003852231070000025
其中，q表示距离向位移的采样点数，B表示带宽，fs是阵元域数据采样率，
Figure FDA0003852231070000026
表示向下取整运算。R(p)表示脉冲压缩的输出数据，R(p+q)表示距离向右位移q个采样点脉冲压缩的输出数据，R(p-q)表示距离向左位移q个采样点脉冲压缩的输出数据。
6.根据权利要求1所述的二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，其特征在于，二维空间变迹滤波的窗函数加权值矩阵为：
Figure FDA0003852231070000031
其中，wm和wp分别表示方位向和距离向的窗函数加权值。
7.根据权利要求6所述的二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像方法，其特征在于，二维空间变迹滤波后的波束域数据B′s(m,p)为：
B′s(m,p)＝B'(m,p)+wm(wpP+Qm)+wpQp
其中，Qm为方位向虚部，Qp为距离向虚部，B'(m,p)为经过预成接收多波束处理之后的角度向-距离向数据矩阵，P为整合变量，
Qm＝B'(m-k,p)+B'(m+k,p)
Qp＝B'(m,p-q)+B'(m,p+q)
P＝B'(m-k,p-q)+B'(m+k,p+q)+B'(m-k,p+q)+B'(m+k,p-q)
其中，m-k表示方位向左位移k个采样点，m+k表示方位向右位移k个采样点，p-q表示距离向左位移q个采样点，p+q表示距离向右位移q个采样点；
B′s(m,p)在wm维和wp维是单调的，并且在(wm,wp)的取值范围0≤{wm,wp}≤1/2，对实部和虚部分别求解，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
8.一种二维低旁瓣恒定分辨率前视声呐成像系统，其特征在于，所述系统包括：幅相一致性校准模块、方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块和二维空间变迹滤波处理模块；其中，
所述幅相一致性校准模块，用于对多波束成像声纳采集的通道回波信号进行阵列通道幅相一致性校准；
所述方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块，用于对校准后的通道回波信号分别进行方位向的波束形成和距离向的脉冲压缩，得到方位向波束域数据和距离向匹配滤波输出数据；
所述二维空间变迹滤波处理模块，用于对方位向波束形成及距离向脉冲压缩处理模块得到的两维数据进行二维空间变迹滤波处理，得到二维低旁瓣恒定分辨率声纳图像。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117630894A (zh) * 2024-01-24 2024-03-01 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 一种多波束声呐平均阵元间距校准方法
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