一种正侧视SAS小角度偏航时的等效斜视ωk成像算法

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种一种正侧视SAS小角度偏航时的等效斜视ωk成像算法。

背景技术

由于复杂的水下环境以及载体本身稳定性等因素的影响，正侧视多接收子阵SAS并不能一直保持理想的正侧视状态，而是由于扰动因素的影响发生各种微小的运动。在6个自由度的运动中横荡和偏航将对成像质量产生重要影响，需要使用多种方法对其进行补偿。目前一些典型SAS系统的偏航角一般很小，如REMUS600的偏航角约为0.67°，SWAC2测试时的偏航角约为2°，海军工程大学研制的深海样机的偏航角也在2°以内，因此针对正侧视多接收子阵SAS发生的小角度偏航问题，有必要研究相应的成像算法。

发明内容：

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种正侧视多接收子阵SAS小角度偏航时的等效斜视ωk成像算法，。

为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：

一种正侧视多接收子阵SAS小角度偏航时的等效斜视ωk成像算法，包括：

步骤1，单个子阵方位向频谱扩展，以便用方位向频谱扩展以及多子阵数据叠加的方法予以消除方位向频谱混叠；

步骤2，对步骤1所得扩展后的方位向频谱进行方位向平移校准；

步骤3，对步骤2所得方位向平移校正后的二维波数谱进行方位向频谱多普勒中心居中处理；

步骤4，计算单个子阵双基地角β

步骤5，利用步骤4结果对步骤3所得二维波数谱进行一致相位去除，得到去除一致相位之后的二维波数谱；

步骤6，对步骤5所得去除一致相位之后的二维波数谱进行距离偏移校正；

步骤7，基于NUFFT实现Stolt映射及距离向傅里叶逆变换；

步骤8，对步骤7所得单个子阵的二维谱进行多子阵数据叠加，然后对相干叠加后的数据进行方位向傅里叶逆变换，即完成成像。

较佳地，步骤1，单个子阵方位向频谱扩展，用方位向频谱扩展以及多子阵数据叠加的方法予以消除方位向频谱混叠的具体方法为：对单个子阵的方位向频谱进行N倍的扩展，扩展后的方位向频谱为

其中，W

较佳地，步骤2，对步骤1所得扩展后的方位向频谱进行方位向平移校准的具体方法为：

用方位向平移校正函数

进行方位向平移矫正，得到方位向平移校正后的二维波数谱为

较佳地，步骤3，是以发射阵波束中心斜视角对应的多普勒中心频率为基准，对步骤2所得方位向平移校正后的二维波数谱进行多普勒中心居中处理得到的二维波数谱为

其中，K

较佳地，步骤4计算单个子阵双基地角β

将发射阵到条带区域的中心距离R

其中，

该步骤也可根据系统工作参数预先计算并存储，在算法实现过程中直接读取该结果以节省计算时间。

较佳地，步骤5一致相位去除的具体方法为：

使用校正函数

以发射阵到条带中心的零多普勒距离R

较佳地，步骤6，对步骤5所得去除一致相位之后的二维波数谱进行距离偏移校正的方法为：

用距离向偏移的校正函数

对步骤5所得去除一致相位之后的二维波数谱进行距离偏移校正，得到距离偏移校正后的二维波数谱为

较佳地，步骤7，对步骤6所得距离偏移校正后的二维波数谱利用NUFFT实现Stolt映射及距离向傅里叶逆变换。

较佳地，步骤8，对步骤7所得单个子阵的二维谱进行多子阵数据叠加，然后对相干叠加后的数据进行方位向傅里叶逆变换，即完成成像。

本发明的有益效果在于：经本发明方案处理后可将原图像中不太明显的目标回波变得更为清晰，本发明采用小角度偏航角校正后的成像结果，优于未校正时的结果。本发明算法对正侧视SAS小角度偏航后的成像质量进行了较大改善。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图，

图2为本发明实施例小角度偏航条件下顺轨正侧视SAS的等效斜视几何模型，

图3为本发明实施例正侧视SAS小角度偏航时的成像结果，

图4为本发明实施例子阵运动参数图，

图5为不同测绘带使用小角度偏航校正后的成像结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

图2为本实施例在顺轨正侧视SAS发生小角度偏航时的几何模型，(x，y)为斜距平面直角坐标系。设正侧视SAS的偏航角为

本实施例的一种正侧视SAS小角度偏航时的等效斜视ωk成像算法，包括：

步骤1，单个子阵方位向频谱扩展，用方位向频谱扩展以及多子阵数据叠加的方法予以消除方位向频谱混叠；具体方法为：对单个子阵的方位向频谱进行N倍的扩展，N为均匀采样时的子阵数目，扩展后的方位向频谱为

步骤2，对步骤1所得扩展后的方位向频谱进行方位向平移校准；具体方法为：

用方位向平移校正函数

进行方位向平移矫正，得到方位向平移校正后的二维波数谱

步骤3，对步骤2所得方位向平移校正后的二维波数谱进行方位向频谱多普勒中心居中处理；具体地，是以发射阵波束中心斜视角对应的多普勒中心频率为基准，对步骤2所得方位向平移校正后的二维波数谱进行多普勒中心居中处理得到的二维波数谱为

其中，K

步骤4，计算β

将发射阵到条带区域的中心距离R

其中，

该步骤也可根据系统工作参数预先计算并存储，在算法实现过程中直接读取该结果以节省计算时间。

步骤5，利用步骤4所得β

使用校正函数

以合成孔径声纳发射阵到条带中心的零多普勒距离R

步骤6，对步骤5所得去除一致相位之后的二维波数谱进行距离偏移校正；方法为：

用距离向偏移的校正函数

对步骤5所得去除一致相位之后的二维波数谱进行距离偏移校正，得到距离偏移校正后的二维波数谱

步骤7，对步骤6所得距离偏移校正后的二维波数谱利用NUFFT实现Stolt映射及距离向傅里叶逆变换。

步骤8，对步骤7所得单个子阵的二维谱进行多子阵数据叠加，然后对相干叠加后的数据进行方位向傅里叶逆变换，即完成成像。

经本发明方案处理后可将原图像中不太明显的目标回波变得更为清晰，本发明采用小角度偏航角校正后的成像结果，优于未校正时的结果。本发明算法对正侧视SAS小角度偏航后的成像质量进行了较大改善。

本实施例设发射信号载频为150kHz，带宽20kHz，脉冲宽度20ms，发射脉冲重复间隔为0.2s，平台的运动速度为2.5m/s，发射阵元方位向孔径为0.08m和接收阵元方位向孔径均为0.04m，接收子阵个数为25个，条带区域距离向宽度为30m，条带中心距离为45m。条带区域中心点有1个目标，其它目标相对于中心目标在距离上有±3m的偏移，在方位上有±1m的偏移。在设定的参数下，发射阵主波束半功率宽度约为6.3°。在发生小角度偏航时，选取小于主波束半功率宽度一半的2°偏航角、大于主波束半功率宽度一半而小于主波束半功率宽度的4°偏航角对本文提出的ωkA进行仿真试验。图3分别给出了2°、4°偏航角时的成像结果。从图中可知在偏航角达到4°时本章算法仍能较好地实现成像。由于实际应用中SAS的偏航角一般小于3度[233；234]，深海样机的偏航角也在2°以内，因此对于较小的偏航角来说，本章算法能够较好地实现成像。

与正侧视时的点目标仿真成像结果进行比对时发现，小角度偏航时的成像结果中单个点目标的旁瓣与正侧视时相比发生了旋转，但是旁瓣的特征与正侧视时的结果基本一致，说明本算法聚焦良好。

本实施例使用深海样机实测数据来验证本章算法的正确性与有效性。图4分别给出了第42个和第1个接收子阵的6个自由度的运动参数。图中横轴为脉冲个数，第一行的纵轴为偏移量(单位为m)，第二行的纵轴为角度(单位为°)，第三行的纵轴为速度(单位为m/s)。从图中可知，SAS平台除了方位向的匀速运动以外，其在其它5个自由度方向均存在微小的偏移抖动，但本章仅考察偏航对成像质量的影响。从图中可知，各子阵的偏航角随脉冲数的变化而在-2°到0°的区间抖动，其均值为-0.8443°，中位数为-0.8662°。

考虑到纵摇和横摇参数的影响以及系统误差，本章近似取-1°偏航角进行小角度偏航条件下的成像计算。成像结果见图5所示，图中(a)、(c)、(e)、(g)分别为在-1°偏航角下的成像结果，图中(b)、(d)、(f)、(h)分别为没有进行偏航角校正(即0°偏航角)时的结果。对比发现，经过校正后原图像中不太明显的目标回波变得更为清晰，说明采用小角度偏航角校正后的成像结果优于未校正时的结果，如图中的椭圆型区域所示。实测数据成像结果表明，本章算法对正侧视SAS小角度偏航后的成像质量有一定改善。运动补偿需要对6个自由度的运动综合考虑并予以补偿，本算法仅考虑偏航的影响。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。