基于图像的多接收元合成孔径声纳运动补偿方法

多接收元合成孔径声纳成像是当前研究的热点问题,偏航和侧摆是影响多接收元合成孔径声纳成像质量的关键因素。建立了多接收元合成孔径声纳偏航和侧摆运动误差的几何模型,提出了一种基于图像估计偏航和侧摆的新方法。该方法允许声纳系统以满足空间采样理论的最大速度运行,利用强点目标的每个脉冲回波数据的成像结果估计偏航和侧摆。计算机仿真结果表明新算法有效地估计出了偏航和侧摆,提高了成像质量,明确地确定出了目标的位置。     

合成孔径声纳频率变标成像算法

对小距离幅宽场景成像时,可以采用解线频调技术降低回波信号的带宽,从而降低距离向的采样率.线频调变标算法要求回波信号在距离向是线性调频的,因此无法直接处理这一数据形式.文中采用频率变标(FS)算法对解线频调后的回波信号进行处理,应用频率变标技术,在消除回波信号剩余视频相位项的同时校正距离徙动,整个成像过程不需要插值处理.最后用该算法处理了合成孔径声纳斜侧视工作模式下的仿真点目标的解线频调回波数据,得到了良好的成像结果.     

异构环境下的多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法

为解决多子阵合成孔径声纳成像效率低的问题,提出了一种异构环境下的多子阵合成孔径声纳快速成像方法。根据多子阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法特点以及CPU和GPU各自计算特点,通过将算法中距离向脉冲压缩、固定相位补偿、距离徙动校正和方位向脉冲压缩密集型运算采用GPU计算,极大提高了多子阵合成孔径声纳成像效率。最后通过实测数据的成像实验对所提算法的正确性和高效性进行了验证,与串行计算方法相比加速比高达14.45。     

基于OpenMP的高效多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法

为充分利用多核CPU计算资源解决多子阵合成孔径声纳成像效率低的问题,提出了一种共享内存环境下的距离多普勒成像算法并行解决方案。在分析多子阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法并行性的基础上,对算法中预处理、距离向脉冲压缩、固定相位补偿、距离徙动校正和方位向脉冲压缩进行了OpenMP并行化设计,充分利用多核CPU计算资源实现了大数据量合成孔径声纳图像快速重构。对实测数据的成像实验结果表明,并行成像算法加速比高达19.86,满足实时合成孔径声纳系统成像需求。     

基于自适应Kalman滤波的合成孔径声纳运动估计

合成孔径声纳姿态、位移测量系统一般包括：惯性测量单元（IMU），差分DGPS，声多普勒计程仪DVL，深度传感器等。通常情况下，惯性测量单元（IMU）必须与DVL或DGPS进行数据融合，才能减小发散现象，提高导航精度。合成孔径声纳基阵安装在拖体上，由水面舰船利用拖缆拖曳航行，其运动受海流扰动及拖船机动的影响，未知的机动输入估计及海流的估计是必须要考虑的，这是合成孔径声纳基阵运动估计的比较特殊的地方。传统的Kalman滤波器不能直接应用于合成孔径声纳姿态、运动估计。因此，采用自适应Kalman滤波算法来处理合成孔径声纳姿态、运动估计问题。数值仿真表明，该方法较好地解决了合成孔径声纳姿态、运动估计问题。     

合成孔径声纳图像纹理分类

纹理是图像的重要特征。合成孔径声纳图像中,水底展示出了丰富的纹理。纹理分析在声图处理中有多种用途,具有重要意义和研究价值。本文比较了不同的纹理描述方法应用与光学图像与声图中时的性能。使用基于支持向量机的主动学习方法,降低了人工标签的工作量。     

一种精确的多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法

针对现有多接收阵合成孔径声纳算法没有考虑或低估了"停走停"近似在宽测绘带和高平台运动速度情况下带来的图像失真的现象,本文在深入分析多接收阵系统误差产生机理的基础上,提出了一种适用于宽测绘带成像的精确多接收阵合成孔径声纳距离多普勒成像算法,它舍弃了目前普遍采用的等效相位中心(DPC)近似,采用多接收子阵的精确延迟模型.算法首先对各接收子阵数据单独处理求得方位谱并进行方位向扩展,随后分别进行距离徙动校正和方位向脉压,最后将各通道的方位谱相干叠加,反傅里叶变换后得到了高分辨图像.通过点目标仿真比较,该算法在峰值旁瓣比及目标的定位等方面优于现有算法.     

干涉合成孔径声纳的信号源系统设计

为达到干涉合成孔径声纳系统对信号源的特殊要求,提出了一种基于SOPC技术的FPGA实现方法,该信号源一方面提供给发射机模拟信号,还给回波信号采集系统提供时钟和同步信号以保证信号系统时间一致性,同时还给接收机的时变增益信号实现对回波信号衰减的补偿;另一方面还实时采集并传输声纳系统在水下的运动姿态、深度、压力等信息;经过湖试和海试,该信号源系统完成了模拟信号和数字信号各项指标的测试,满足设计要求。     

干涉合成孔径声纳系统中的数据采集

为了协调测绘速率与方位模糊之间的矛盾,给出了干涉合成孔径声纳采集系统中信号源的设计、多路回波信号的同步采集、时变增益的控制、姿态数据的获取等问题的解决方案,采用双线程技术实现了回波与姿态数据的同时采集。经干涉合成孔径声纳湖试检验,证明此采集系统是稳定可行的。     

合成孔径声纳成像聚焦问题的研究

本文论述了合成孔径声纳的原理及声纳成像的分辨特性，研究了距离向压缩数据在方位向聚焦的具体实现。最后通过计算机仿真，验证了算法的有效性。     

基于PowerPC的合成孔径声纳实时信号处理系统

本文构建了一种合成孔径声纳实时信号处理系统的方案设计与实现。系统采用PowerPC处理器进行运算,软件上采用模块化设计和并行处理实现信号的实时高效处理。本文设计的系统成功应用于2005年12月的海试实验中。     

合成孔径声纳中高速距离求解的FPGA实现

在合成孔径声纳的时域成像算法中,求解接收换能器到成像点之间的距离是其中重要的一步.由于求解距离需要使用两次平方、一次加法和一次开方运算,计算量之大使得在实时成像算法中常用查方法代替实时距离求解,但此方法既不精确也消耗了大量存储器以及前端总线资源.本文提出了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的单精度浮点高速距离求解的方法.实验表明,该方法可以实现单线程413.4M次/秒的距离求解,远高于通用处理器,且具有较小的FPGA资源占用.     

基于R-D算法的合成孔径声纳插值方法比较

合成孔径声纳（SAS）中由于基阵相对目标的运动导致回波空间产生了距离徙动,距离徙动的出现将会较大地影响最终声纳的成像质量,目前主要采用插值的方法进行矫正。该文基于SAS中的距离一多普勒（R—D）算法,讨论了距离徙动的成因及矫正思想,详细介绍了几种用于徙动矫正的经典插值方法,并给出了其在SAS成像中的应用表达式,对其性能进行了比较。最后对点目标进行了仿真成像,给出了矫正前后的目标图像,并对不同插值方法的成像质量及运算量进行了分析比较。分析结果表明,这几种插值方法都改善了成像的质量,但拉格朗日法和香农法在改善图像方位向性能上更有优势,可在实际中应用。     

合成孔径声纳成像改进距离-多普勒算法研究

在合成孔径声纳成像优化的研究中,传统距离-多普勒算法主要应用于窄带窄波束信号合成孔径成像,而在合成孔径声纳领域,由于信号带宽较大,波束较宽,使得成像效果较差.研究了经典距离-多普勒算法的原理,提出了其局限性,针对合成孔径声纳的宽带宽波束信号特点改进了传统算法.放弃窄带信号条件下的Fresnel近似,利用更精确的适用于宽带宽波束信号的距离双曲线模型对算法进行了推导,并在推导结果的基础上对成像区域中任意点目标上进了仿真.仿真结果表明,改进算法具有更高的分辨率和适中的运算量,比传统距离-多普勒算法更适合应用在合成孔径声纳成像中.     

水下航行平台仰视声纳测波的运动补偿方法

为了用水下航行平台上的仰视声纳测量波浪,分析了水下航行的运动特点,提出了一种基于误差最小的频谱估计运动补偿算法,首先利用高通滤波处理,减少波浪频谱中由垂直起伏产生的低频影响;同时,采用小波变换多分辨分解的低频单支重构,获得波浪频谱的趋势化规则谱形;然后,利用迭代计算对波浪频谱寻优求解,减少其中由水平运动产生的多普勒频偏影响,获得航行测量数据的波浪估计谱,计算获得波高、频率等信息。模拟实验结果表明：运动补偿能有效改进测量准确性,补偿后的谱形与原始靶谱具有很好的一致性,可应用于拓展水下航行平台的测量功能。     

合成孔径高度计中的延迟补偿问题

首先从多普勒波束锐化和相位分析两个角度简单介绍了合成孔径高度计的基本原理以及延迟补偿技术，并给出了点目标的功率回波信号。在此基础上，分析了延迟补偿对于多普勒频率估计的要求,给出了多普勒频率估计误差与延迟补偿误差的关系。
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方位向时变非均匀采样的合成孔径声纳成像

采用多接收阵技术能够使合成孔径声纳的测绘速率和测绘带同时得到提高,但带来了方位向非均匀采样以及不满足停走停假设的问题.本文建立了高测绘速率、宽测绘带条件下不做停走停近似的多接收阵合成孔径声纳信号模型,采用频域方法对合成孔径声纳时变的非均匀方位向信号进行了重构,并导出了重构方法的快速算法.重构方法解决了高测绘速率、宽测绘带条件下的偏移及散焦问题.仿真和实验验证了该方法的可行性.     

基于图像特征的合成孔径声纳声图像拼接研究

利用合成孔径声纳(SAS)声图方位向线分辨率恒定的特点,提出了基于图像特征的SAS声图拼接方法,其关键技术是使用SURF算子和RANSAC算法。方法使用SURF算子提取SAS声图的特征点,使用RANSAC算法对SAS声图进行精匹配处理。对SAS实测图像进行了处理,结果证明了该方法的有效性。     

长线阵声纳左右舷分辨仿真研究

长线阵声纳是拖曳线列阵声纳的一种重要形式,左右舷模糊问题是其主要缺点之一。针对长线阵声纳满足近场条件的特点,当长线阵声纳呈直线状态时,根据时域波束形成原理建立以目标方位和距离为自变量的目标函数。根据频谱分析后所得的目标频率,对方位和距离两个参量进行二维搜索,得到目标函数灰度图。当长线阵声纳所在拖体转向机动时,利用长线阵声纳首尾两航向传感器的数据对长线阵声纳的阵形进行预报,在此基础上改写目标函数,再次通过二维搜索得到目标函数灰度图,根据阵形弯曲前后目标函数灰度图的变化,可辨别出目标方位和虚源方位,从而得到一种新的左右舷分辨方法。仿真结果表明目标函数灰度图变化直观明了,所提方法可有效解决长线阵声纳左右舷分辨问题。