基于非停走停及方位非均匀采样的多接收阵合成孔径声纳CS成像算法

针对采用多接收阵技术的合成孔径声纳(SAS)成像中普遍存在的不满足停走停假设和方位向采样非均匀等问题,在深入分析了停走停假设和方位向的非均匀采样对成像造成影响的基础上,给出一种可用于方位向非均匀采样多接收阵合成孔径声纳的chirp scaling (CS)成像算法,它较为精确地补偿了非停走停模式带来的相位误差,因而适用于宽测绘带远距离SAS成像.仿真和试验均证明了该方法的有效性.     

使用合成滤波器组的SAS方位向非均匀采样信号重构

针对多子阵合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar,SAS)在方位向上非均匀采样对后续成像处理带来的方位向失真的影响,给出了基于滤波器组的方位向非均匀采样信号重构算法.该算法利用SAS方位向周期性非均匀采样信号与经过分析滤波器组的信号之间的相似性,将周期非均匀采样信号通过合成滤波器组进行重构得到均...     

FFBP算法在合成孔径声纳成像中的应用

时域合成孔径成像算法可以更好地适应多子阵造成的方位向采样不均匀问题,并且具有存储空间小、并行处理方便的优点。但精确时域算法运算量非常大,快速分块反向传播投影（Fast Factorized Back Projection,FFBP）成像算法则可以大大降低成像计算量。详细分析了FFBP声程误差的距离效应、孔径合并策略和图像分裂策略、成像的计算量等关键问题,并给出了仿真和实测数据成像结果。通过对仿真和实测成像结果的分析表明：FFBP算法可以提高计算效率,适用于实时合成孔径声纳成像系统。     

合成孔径声呐相关合成算法中的伪目标问题

本文将用于合成孔径声纳成像的相关合成算法推广到合成孔径技术的伪目标抑制当中，放宽了不出现伪目标的采样条件，从而提高了声纳运动速度，改善了图像的质量，提高了声纳的成像率。如果声纳采样间距已定，则相应的声阵物理长度可以缩短，从而使得方位分辨率有所提高，计算机仿真结果验证了所提思路的有效性。     

改进的多子阵双站合成孔径声纳成像算法

在常规单站SAS系统中,多子阵技术是提高测绘率的一个有效方法,针对发射站固定的双站SAS模型,多子阵技术同样可以用来解决测绘率与降空间采样率的矛盾,但是当"停-走-停"假设不再成立时,将引入相位误差项,降低双站SAS的成像质量,针对该问题在原有多子阵逐点成像算法的基础上,研究了发射站固定的双站SAS基阵运动引起的相位误差,提出了多子阵双站合成孔径声纳带相位补偿的逐点成像算法,在建立多子阵双站SAS数学模型的同时,形成了新的多子阵双站SAS系统方案设计。并给出了改进的波束形成逐点算法和仿真实验。改进的逐点算法并未改进运算量大小,新方法能够改善成像效果,仿真实验验证了该方法的有效性。多子阵双站合成孔径声纳成像的逐线算法有待进一步研究。     

多子阵双站合成孔径声纳成像算法

SAS测绘率是大面积海底测绘的一个重要指标,多子阵的方法已经在常规单站SAS的实际系统中取得了良好的效果。针对双站合成孔径声纳(双站SAS)测绘速率受空间降采样率限制的问题,该本文首先给出了发射站固定的双站SAS模型,分析了该模型双站SAS的测绘率。为了提高双站SAS的测绘率,本文中提出了发射站固定下的多子阵双站合成孔径声纳成像方法,并给出了严格的数学模型,形成了多子阵双站SAS系统设计方案,提高了系统的测绘率。文章最后给出了基于波束形成逐点算法多子阵双站SAS的成像仿真,仿真结果验证了方法的有效性。     

多接收基元合成孔径声呐频域数据融合算法

单接收基元合成孔径声呐基阵的速度是严格受到限制的,这主要是由于为了保证方位向不出现栅瓣,方位的采样间隔必须小于换能器的半径。通过使用Vernier阵技术可以增加声呐平台的速度,同时在相同的时间内获得比单个接收基元合成孔径声呐更大的测绘面积。虽然我们可以通过预处理把多接收基元的回波数据转换成单接收基元的回波数据,但是这种处理需要耗费大量的时间,因此最终影响整个合成孔径处理算法的效能。文章提供了一个高效的多接收基元合成孔径声呐数据融合方法,该方法主要是利用了快速的傅里叶变换算法把数据变换到频域,然后再进行数据预处理,因此提高了数据融合的有效性,水池试验结果表明该算法是有效的和精确的。     

合成孔径声纳原理样机的湖上试验

在合成孔径声纳理想模型的基础上，讨论了该声纳的系统结构，并介绍了其原理样机的湖上试验情况。实验结果表明，在用成像算法对原始数据进行处理后，很好地得到了目标的图像。该合成孔径声纳系统的方位向与距离向成像分辨率均小于0.5m，完全达到了设计要求，从而表明该系统的设计是成功的。     

一种基于MSR的中等斜视多子阵合成孔径声呐距离多普勒算法

针对现有斜视多子阵合成孔径声呐成像算法忽略了"非停走停"假设的孔径依赖性和阵元依赖性,导致中等斜视时成像效果差的问题,提出了一种基于级数反演方法(Method of Series Reversion, MSR)的中等斜视多子阵合成孔径声呐距离多普勒算法(Range Doppler Algorithm, RDA)。首先,为了解决"非停走停"假设孔径依赖的问题,直接对精确距离史在波束中心处进行泰勒级数展开,得到近似距离史,并借用MSR求得近似距离史对应窄带回波信号的二维谱解析解。然后,为了解决阵元依赖的问题,使用基于MSR的RDA分别对每个子阵单独成像,再通过将每个子阵的成像结果进行相干叠加的方式消除单个子阵欠采样带来的混叠现象,得到完整的成像结果。最后,通过与现有算法的仿真对比实验,验证了该算法的有效性。     

近程毫米波合成孔径辐射计被动测距原理

毫米波合成孔径技术利用了物体自身辐射电磁波的相位信息,采用很少阵元就能实现实时成像,但目前合成孔径技术只是限于亮温成像,缺少了目标的距离信息,这对于目标探测与识别很不利。提出在近程条件下合成孔径被动测距原理和相应的双正交傅立叶变换算法,并给出了近程距离分辨率公式,近程成像的特点是成像公式中存在二次相位因子,而且距离分辨率和距离的平方成反比。毫米波合成孔径被动成像可以同时得到物体辐射的亮温分布和距离分布,能够有效克服离焦引起的图像模糊,对图像的反降晰和目标识别具有重要意义。     

基于Chirp Scaling成像算法的高分辨聚束式合成孔径声呐

基于两步处理算法和ChirpScaling算法,提出一种适用于条带式成像算法的通用高分辨聚束式合成孔径声呐(SAS)模型。该模型结合了谱分析(SPECAN)算法和ChirpScaling算法的优点,算法首先采用deramp和升采样处理技术实现方位的粗聚焦,消除了聚束式SAS特有的方位频谱混迭现象,然后应用ChirpScaling原理实现距离的精确聚焦,并补偿deramp处理引起的方位相位误差,实现方位精聚焦。基于该通用模型,给出了实现的步骤,整个算法无需任何插值操作,只需复乘和FFT即可完成。该算法适用于宽测绘带高分辨率聚束式SAS的精确而高效成像处理。最后,通过计算机仿真,验证了该通用模型的有效性。     

New SAR Imaging Algorithm via the Optimal Time-Frequency Transform Domain

To address the low-resolution imaging problem in relation to traditional Range Doppler (RD) algorithm, this paper intends to propose a new algorithm based on Fractional Fourier Transform (FrFT), which proves highly advantageous in the acquisition of high-resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) images. The expression of the optimal order of SAR range signals using FrFT is deduced in detail, and the corresponding expression of the azimuth signal is also given. Theoretical analysis shows that, the optimal order in range (azimuth) direction, which turns out to be very unique, depends on the known imaging parameters of SAR, therefore the engineering practicability of FrFT-RD algorithm can be greatly improved without the need of order iteration. The FrFT-RD algorithm is established after an analysis of the optimal timefrequency transform. Experimental results demonstrate that, compared with traditional RD algorithm, the main-lobe width of the peak-point target of FrFT-RD algorithm is narrow in both range and azimuth directions. While the peak amplitude of the first sidelobe is reduced significantly, those of other side-lobes also drop in various degrees. In this way, the imaging resolution of range and azimuth can be increased considerably.     

An implementation of synthetic aperture focusing technique in frequency domain

A new implementation of a synthetic aperture focusing technique (SAFT) based on concepts used in synthetic aperture radar and sonar is presented in the paper. The algorithm, based on the convolution model of the imaging system developed in frequency domain, accounts for the beam pattern of the finite-sized transducer used in the synthetic aperture. The 2D fast Fourier transform (FFT) is used for the calculation of a 2D spectrum of the ultrasonic data. The spectrum is then interpolated to convert the polar coordinate system used for the acquisition of ultrasonic signals to the rectangular coordinates used for the presentation of imaging results. After compensating the transducer lobe amplitude profile using a Wiener filter, the transformed spectrum is subjected to the 2D inverse Fourier transform to get the time-domain image again. The algorithm is computationally attractive due to the use of 2D FFT. The performance of the proposed frequency-domain algorithm and the classical time-domain SAFT are compared in the paper using simulated and real ultrasonic data.     

采用反向投影算法进行宽带合成孔径声纳数据处理与图像重建

文中提出了宽带合成孔径声纳(synthetic aperture Sonar，简称SAS)成像的反向投影算法(back pmjection，简称BP)。该算法是在时间-空间域中对合成孔径线列阵中备个阵元接收回波的所有频率分量进行相干求和，以充分利用合成孔径上所有回波的能量，从而得到理想的SAS图像。同时，文章中分析了BP算法实现过程中拖尾(tall)现象的产生机理，对BP重建图像进行了斜坡滤波处理。并对载频为15kHz,带宽为20kHz的SAS系统进行了仿真，结果验证了这种算法的有效性。     

用于分数傅里叶域滤波位相元件设计新算法

基于部分相干成像和分数傅里叶变换理论,建立成像系统的分数傅里叶域滤波模型,提出了可快速设计分数域位相型滤波片的 FrPI 算法。此算法将逆向设计预设初位相与分数傅里叶迭代技术相结合,针对成像系统中不同的设计要求可快速设计出所需的分数域滤波片结构。模拟结果表明,对数值孔径有限的部分相干成像系统,使用新算法设计的分数域滤波片,可有效补偿由于高频损失带来的图像失真,从而使局部线宽偏差和面积偏差分别由滤波前的 36.548nm 和 39.09%下降到了 15.234nm 和 7.72%,明显减少了空间像畸变。     

合成孔径声纳中拖体偏航角的估计方法分析

单发射阵多接收阵合成孔径声纳成像中,拖体的偏航角是主要的运动误差之一,为得到高质量的成像结果必须对其准确估计并补偿。主要分析了偏航角的两种估计方法,即偏置相位中心算法和基于相邻两帧图像互相关算法。通过仿真和湖试试验结果表明,在强点目标场景下偏置相位中心算法估计偏航角的精度较低,且随拖体的速度的增加估计精度大幅度下降,当拖体速度过快导致无重叠相位中心时该算法失效,而基于相邻两帧图像互相关算法估计的偏航角相对于偏置相位中心算法不仅精度高,且具有很好的鲁棒性。     

无方位模糊的非均匀稀疏阵MVDR测向方法

稀疏阵能够获得更大的阵列孔径,但常规波束形成(Conventional Beam-Forming,CBF)对非均匀稀疏阵测向时会出现方位模糊。提出了一种基于最小方差无畸变响应(Minimal Variance Distortionless Response,MVDR)同局部非稀疏的非均匀稀疏阵(Non-Uniform Sparse Array,NUSA)的设计相结合来抑制方位模糊的方法(NUSA+MVDR),对其无方位模糊现象进行了理论分析,表明MVDR这一非线性处理方法对伪峰有很好的抑制能力。针对一种典型的NUSA(Typical NUSA,TNUSA),进行了TNUSA+MVDR数值仿真实验,其结果和理论分析一致,表明:1 MVDR有很强的NUSA检测能力,在所给仿真条件下,等效阵元间距为50倍波长时,仍能很好地抑制方位模糊;2TNUSA+MVDR较阵元数相同的均匀非稀疏阵列的CBF和MVDR有更高的方位分辨力;3阵元数一定,TNUSA+MVDR方位分辨力随着等效间距增加而提高,最小可分辨角度反比于等效间距;4等效间距一定,TNUSA+MVDR方位分辨力随阵元数增加而增加。海上实验在等效阵元间距为10倍波长条件下部分验证了NUSA+MVDR的检测性能。