| 题名 | 多子阵SAS三维模型仿真与数据处理算法研究 |
| 作者 | 刘维 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院声学研究所 |
| 授予地点 | 声学研究所 |
| 关键词 | 合成孔径声纳 多子阵 三维模型仿真 成像算法 运动补偿 |
| 其他题名 | Research on Multiple-Receiver SAS Three Dimensional Model Simulation and Data Processing Algorithms |
| 学位专业 | 信号与信息处理 |
| 中文摘要 | 合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar, SAS)利用小孔径基阵移动形成虚拟大孔径，通过信号相干处理获取高分辨声图像。为了提高测绘效率和进行运动补偿，应用型合成孔径声纳系统普遍采用多子阵配置。高效的多子阵成像算法和高精度运动补偿算法是合成孔径声纳高分辨成像的关键。 因为多子阵合成孔径声纳方位向采样不均匀，单子阵频域算法不能直接应用于多子阵成像。受水中作用力的影响，合成孔径声纳基阵很难保持理想航迹，因此需要进行运动误差补偿。目前普遍采用的相位中心重叠运动补偿方法(Displaced Phase Center,DPC)对首向角估计精度较差，存在较大的累积误差；而高精度水下导航设备价格昂贵，另外由于图像坐标系和运动坐标系并不完全相同，导航数据需要映射到图像坐标系才能应用于合成孔径声纳运动补偿。无论是合成孔径成像算法的研究，还是高精度运动补偿算法的研究，都需要各种场景的成像数据作为基础。合成孔径声纳湖海试实验的成本非常高，而且成像场景非常有限。通过模型仿真获取研究数据可以降低实验成本，并得到多种成像场景的数据，为算法研究提供便利。本文的研究内容围绕这些问题展开，重点对合成孔径声纳三维模型仿真、多子阵合成孔径声纳快速成像算法、合成孔径声纳运动补偿方法进行了研究。 第一章和第二章阐明了本文研究工作的概况、意义和基础模型，是本文的研究基础。 第三章中，提出了一种基于三角面元和点目标混合建模的合成孔径声纳三维数据仿真模型，此仿真模型考虑了声纳基阵的三维六自由度运动、目标三维回波模型、阴影特征、目标后向散射特性、发射波束形状、发射和接收指向性等因素。使用本文提出的三维数据仿真模型可以实现对点目标和面目标的仿真。 第四章中，针对时域算法计算效率比较低的特点，研究了一种快速时域成像算法(FFBP 算法)并对该算法进行了一定的改进(不均匀图像分裂策略)；针对频域算法面临的不均匀采样问题，将NSFFT 和NFFT 方法引入到合成孔径声纳频域成像中来，并针对ω - k 和CS 算法进行了改进，使之可以适用于多子阵合成孔径声纳。最后对各种算法的计算效率进行对比分析。 第五章中推导了基于方向矢量的相位中心重叠运动补偿方法的递推关系式，并分析相位中心重叠方法存在的主要问题即重叠相位中心对的估计、首向角估计精度差和累积误差。针对重叠相位中心对估计的问题，文中提出采用Radon 变换提高相位中心对估计的精度；针对方向矢量估计精度差的问题，文中提出一种采用BDPC 和姿态传感器的运动误差补偿方法；针对累积误差的问题，文中提出一种采用BDPC 和图像数据相关的联合运动补偿方法；最后，文中还提出一种利用三维运动数据进行运动补偿的方法。 文中所有研究都给出了与之对应的仿真数据和湖海试数据的分析结果。 最后对全文的工作进行了总结。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-05-07 |
| 页码 | 166 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ioa.ac.cn/handle/311008/363]  |
| 专题 | 声学研究所_声学所博硕士学位论文_1981-2009博硕士学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘维. 多子阵SAS三维模型仿真与数据处理算法研究[D]. 声学研究所. 中国科学院声学研究所. 2008. |
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