基于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)暮铣煽讖铰暭{波束形成算法研究.pdf

1、合成孔徑聲納(SAS)是一種新型高分辨率的水下成像聲納。其原理是利用小孔徑基陣在水下的移動，將沿航跡方向的回波數(shù)據(jù)相干累加，來獲得大孔徑基陣的高分辨率。合成孔徑聲吶的一個突出優(yōu)點(diǎn)是利用復(fù)雜的波束形成原理，把水下目標(biāo)聚焦在任何距離上，其方位向的高分辨率與聲納發(fā)射的頻率以及聲納到目標(biāo)的距離無關(guān)。然而，實現(xiàn)這一功能需要復(fù)雜的波束形成算法(成像算法)和對聲納基陣平臺運(yùn)作的嚴(yán)格要求。 SAS成像算法的關(guān)鍵步驟之一是基于回波數(shù)據(jù)的運(yùn)動補(bǔ)償。

2、由于聲吶偏離理想航跡的運(yùn)動誤差反映在回波數(shù)據(jù)里，直接用其成像不能取得良好的效果，因而，用信號處理的方法從回波數(shù)據(jù)中估計相位誤差并進(jìn)行補(bǔ)償是SAS獲得高分辨率圖像的必要條件。本文對基于回波數(shù)據(jù)的合成孔徑聲納運(yùn)動補(bǔ)償算法進(jìn)行了研究。 論文首先介紹了SAS的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和基本原理，并分析了它的成像過程，進(jìn)而引出SAS成像需要解決的關(guān)鍵問題和論文研究的主要內(nèi)容。 然后針對SAS基陣平臺的不穩(wěn)定性以及水聲信道的復(fù)雜性使得其運(yùn)動補(bǔ)

3、償問題較合成孔徑雷達(dá)(SAR)更為突出的特點(diǎn)，論文較深入地分析了基于回波信號的合成孔徑聲納運(yùn)動誤差。對單個強(qiáng)散射點(diǎn)的帶有運(yùn)動誤差的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，研究了運(yùn)動誤差的類型和補(bǔ)償頻率的范圍。由于對整個場景成像不能只以其中一個強(qiáng)散射點(diǎn)的回波進(jìn)行補(bǔ)償，還要考慮引起回波相位誤差的各種因素，論文接下來對聲吶陣列相位中心位置誤差對回波數(shù)據(jù)的影響進(jìn)行了分析。 在對SAS運(yùn)動誤差進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，探討了利用多普勒參數(shù)對SAS在航線向和垂直于

4、航線向的法平面內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償?shù)姆椒?，并對沿航線速度變化時的相位補(bǔ)償進(jìn)行了仿真。 SAS運(yùn)動補(bǔ)償算法的核心是多普勒參數(shù)的估計。論文對多普勒中心頻率(多普勒質(zhì)心)的估計算法和多普勒質(zhì)心模糊問題進(jìn)行了介紹，采用時頻濾波的方法對解多普勒質(zhì)心模糊算法進(jìn)行了改進(jìn)，使估計算法在解模糊后得出更加精確的多普勒質(zhì)心值。對于應(yīng)用在SAS中的相位梯度自聚焦算法(PGA)算法，分析了其各種不同的加窗性能，將改進(jìn)的加窗方法應(yīng)用在針對多強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)場景的分塊PG