干涉仪合成孔径声纳原理样机的研制与试验

简要说明了干涉仪合成孔径声纳基本原理和信号处理过程:合成孔径成像、干涉图获取与处理和相位解卷.介绍了我国首台干涉仪合成孔径声纳原理样机研制的基本情况,给出了该样机水池及湖试试验结果.试验结果表明:干涉仪合成孔径声纳兼备合成孔径声纳高分辨率和干涉测深精度高的优点;设计的原理样机是成功的.     

干涉合成孔径声纳新体制研究

提出一种干涉合成孔径声纳新体制：采用多个发射阵和一条接收阵的收发阵结构,通过对正交回波信号进行分离和分别成像处理得到多幅来自不同收发路径的合成孔径图像,将这些合成孔径图像进行干涉处理,实现了干涉合成孔径三维声成像;论证了新体制的可行性;论述了新体制相对于已有体制的优越性。     

合成孔径声纳干涉相位图噪声抑制方法分析

讨论了合成孔径声纳的干涉相位图降噪问题。利用加性噪声模型,分析了四种降噪算法:像素平均法、非线性条件邻域均值法、模糊中值法和向量滤波法。通过仿真数据生成的干涉相位图进行降噪分析得到结论:通过像素平均法和条件邻域均值法降噪后不能准确地生成高度图,不推荐在实际中使用。而模糊中值法和向量滤波法通过降噪可以准确地生成高度图。通过相位图残留点数和高度图方差对比发现,向量滤波法性能最优,是一种快速有效的噪声抑制方法。     

实用干涉合成孔径声纳复图像配准法

海底地貌测绘的最新技术是利用干涉合成孔径声纳(InSAS)进行三维立体成像,其信号处理的关键在于成像之后的图像配准、干涉成像等步骤。图像配准的精度直接影响相位图的质量,从而影响所求目标区域高度的准确性。在分析InSAS复图像数据特点的基础上给出一种实用的基于最大干涉频谱法的复图像配准方法,缩减了配准搜索范围,在一定程度上提高了配准速度和精度。利用该方法对湖试测得的湖底地貌数据进行配准,用复图像相干系数和干涉相位图的残余点数对配准效果进行评估,通过配准前后的参数比较,证实了最大干涉频谱法用于InSAS复图像配准能够取得较好的配准效果。     

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。     

基于广义导向矢量的干涉合成孔径声纳干涉相位估计方法

提出了一种基于矩阵拟和的方法来估计干涉合成孔径声纳（InSAS）的干涉相位,该方法首先构造广义导向矢量,并利用相邻像素对的信息估计协方差矩阵,然后构造一个协方差矩阵全局最优的代价函数,使得这个代价函数最小时的相位即为精确的干涉相位。该方法在图像配准精度很差（可以允许达到一个分辨单元）的条件下准确地估计相应像素间的干涉相位。通过仿真和InSAS试验数据验证了该方法的有效性和稳健性。     

合成孔径声纳运动补偿算法的局部优化研究

在合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar,SAS）的成像处理中,声纳基阵的不稳定是影响成像质量的重要因素,运动误差的存在会直接导致图像的畸变和分辨率下降,在实际的SAS成像中必须考虑运动误差的影响。结合SAS成像的特点,分析了传统运动补偿算法的不足,并提出了针对强点目标的局部优化方案,最后通过仿真和试验数据进行了有效性验证。     

干涉SAR在遥感测量中的应用

目的　论述干涉 SAR技术在遥感测量中的应用 .方法　在回顾干涉 SAR发展历史之后 ,详细地说明了干涉 SAR的工作原理和信号处理技术 ,最后讨论了干涉 SAR广泛的应用现状和前景 .结果　干涉SAR技术可以广泛应用于 DEM测量及地球测绘的多个方面 .结论　这项技术将会得到更大的发展 ,中国应广泛开展干涉 SAR技术的应用研究     

一种多子阵合成孔径声纳CS成像算法

由于方位向采样不均匀,已有的频域算法如CS算法（ChirpScaling）等不能直接应用于多子阵合成孔径声纳成像．提出了一种可用于方位向不均匀采样多子阵合成孔径声纳的CS成像算法。此方法利用多子阵合成孔径声纳系统等间隔布阵和匀速直线运动的特点,将方位向不均匀采样的傅立叶变换分解为若干均匀采样的傅立叶变换,从而可以利用FFT提高计算效率。成像结果及分析表明,此方法可以很好应用于多子阵合成孔径声纳成像,并保持了标准CS算法快速高效的特点。     

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。     

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。     

Range-instantaneous Doppler imaging of inverse synthetic aperture sonar

Because the existing range-Doppler algorithm in inverse synthetic aperture sonar (ISAS) is based on target model of uniform motion, it may be invalidated for maneuvering targets due to the time-varying changes of both individual scatter′s Doppler and imaging projection plane. To resolve the problem, a new range-instantaneous Doppler imaging method is proposed for imaging maneuvering targets based on time-frequency analysis. The proposed approach is verified using real underwater acoustic data.     

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。     

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。     

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。     

基于纹理特征的合成孔径声纳图像目标检测研究

随着成像声纳技术的发展,声纳图像的目标检测与识别逐渐成为数字图像处理领域的一个重要研究课题。合成孔径声纳图像含有丰富的纹理特征,而灰度共生矩阵具有丰富的特征参数,可以从不同的角度对纹理进行细致刻画。采用灰度共生矩阵可以描述合成孔径声纳图像纹理方面的特征,通过计算灰度共生矩阵在方位向和距离向的能量、相关性、对比度和熵值,并构造特征向量,可以对合成孔径声纳图像中的目标进行准确检测。从实验结果可以看出,基于纹理信息可以准确实现合成孔径声纳图像的目标检测。     

海洋合成孔径雷达图像斑点噪声的滤除

针对海洋合成孔径雷达(SAR)图像结构信息不明显、水下目标识别困难这一问题,提出了基于经验模式分解(EMD)的算法和H(o)lder指数调整相融合的框架,该框架可以有效地滤除海洋SAR图像的斑点噪声并增强其结构信息,使得人眼可以分辨其特征信息.该融合框架利用EMD将海洋SAR图像分解成不同频率成分的分量,不同层次的分量根据其结构信息和噪声的特征用不同的H(o)lder指数来调整,H(o)lder指数的大小随着分量层数的增加而减小,即在不同尺度下分别抑制斑点噪声,从而恢复其中所包含的结构信息.试验结果表明,利用该框架可以有效抑制SAR图像中的斑点噪声和增强与水下目标相关的结构信息,使人眼可以分辨海洋SAR图像的特征结构.