合成孔徑聲納成像模型的二維距離誤差分析方法、系統(tǒng) 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種合成孔徑聲納成像模型的二維距離 誤差分析方法、系統(tǒng)。 背景技術(shù) [0002] 基于合成孔徑聲納技術(shù)能夠得到與光學(xué)媲美的水下聲學(xué)圖像，能夠極大得支撐海 底測(cè)繪、水下考古、小目標(biāo)探查等水下工程的應(yīng)用。當(dāng)前合成孔徑聲納采用一個(gè)發(fā)射陣元、多個(gè)接收陣元組成線列陣的方式，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)大測(cè)繪帶、高分辨率，極大地推動(dòng)了合成孔徑實(shí)用化的道路。 [0003] 多個(gè)接收陣元的采用使得合成孔徑聲納成像極為復(fù)雜，因?yàn)閭鹘y(tǒng)快速成像算法主 要面向收發(fā)合置合成孔徑聲納，因此必須根據(jù)改進(jìn)傳統(tǒng)成像算法才能應(yīng)用到多接收陣元合 成孔徑聲納中。為了發(fā)展多接收陣元快速成像算法，通常的做法是對(duì)收發(fā)分置方式的雙程 斜距歷程進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)近似，二階泰勒級(jí)數(shù)近似方法、三階泰勒級(jí)數(shù)近似方法、四階泰勒級(jí)數(shù)近似方法、四階勒讓德多項(xiàng)式近似方法、四階切比雪夫多項(xiàng)式近似方法等都被當(dāng)前合成 孔徑成像領(lǐng)域的學(xué)者應(yīng)用到聲納成像中。這些成像模型的近似處理都會(huì)帶來(lái)近似誤差，一 般來(lái)說(shuō)，近似誤差超過(guò)波長(zhǎng)的八分之一就會(huì)顯著影響成像質(zhì)量?；诔上衲Ｐ屯茖?dǎo)成像算 法中各步驟所需要的相位誤差補(bǔ)償函數(shù)、編寫(xiě)成像程序、利用仿真數(shù)據(jù)對(duì)成像程序進(jìn)行校 驗(yàn)、對(duì)仿真結(jié)果的方位向剖面、方位向分辨率、峰值旁瓣比、積分旁瓣比進(jìn)行分析后才能得出該成像模型優(yōu)劣的評(píng)價(jià)結(jié)論，整個(gè)過(guò)程繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，容易造成人力、物力上的浪費(fèi)。 發(fā)明內(nèi)容 [0004] 針對(duì)傳統(tǒng)合成孔徑聲納成像模型優(yōu)劣評(píng)估不直觀、耗時(shí)長(zhǎng)帶來(lái)的人力、物力成本 浪費(fèi)等問(wèn)題，本發(fā)明提出一種合成孔徑聲納成像模型的二維距離誤差分析方法。在本發(fā)明 的所述二維距離誤差分析方法中，所提出的所述二維距離誤差分析方法能夠直接定量計(jì)算 合成孔徑聲納成像模型的距離誤差，并根據(jù)誤差直接評(píng)估成像模型的優(yōu)劣，極大地提升了 效率。 [0005] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案：所述二維距離誤差分析方法首先在距離 向上根據(jù)等間距采樣的方式確定目標(biāo)的距離，在方位向上根據(jù)波束寬度確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo) 所對(duì)應(yīng)的合成孔徑長(zhǎng)度及目標(biāo)在方位向上的坐標(biāo)，然后根據(jù)合成孔徑聲納的精確傳播時(shí)間 計(jì)算合成孔徑聲納運(yùn)動(dòng)所歷經(jīng)的雙程斜距歷程，針對(duì)待評(píng)估成像模型的近似斜距歷程計(jì)算 距離誤差，在距離誤差基礎(chǔ)上添加陣元指向性函數(shù)的影響，并對(duì)所計(jì)算的距離誤差求平均 處理，最后對(duì)所有目標(biāo)計(jì)算距離誤差便得到僅依賴于距離和陣元的二維距離誤差，本發(fā)明 的所述二維距離誤差分析方法主要包含如下步驟： [0006] （1）在距離向上根據(jù)等間距采樣的方式確定目標(biāo)的距離； [0007] （2）在方位向上根據(jù)波束寬度確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的合成孔徑長(zhǎng)度及目標(biāo)在 方位向上的坐標(biāo)； [0008] （3）根據(jù)合成孔徑聲納的精確傳播時(shí)間，計(jì)算合成孔徑聲納收、發(fā)陣元運(yùn)動(dòng)所歷經(jīng)的雙程斜距歷程； [0009] （4）針對(duì)待評(píng)估成像模型的近似斜距歷程計(jì)算距離誤差； [0010] （5）在距離誤差基礎(chǔ)上添加陣元指向性函數(shù)的影響； [0011] （6）對(duì)所計(jì)算的距離誤差求平均處理； [0012] （7）針對(duì)所有目標(biāo)、所有接收陣元，計(jì)算距離誤差便得到二維距離誤差。 [0013] 依本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種合成孔徑聲納成像模型的二維距離誤差分 析方法，其中所述二維距離誤差分析方法包括如下步驟： [0014] S1，在距離向上根據(jù)等間距采樣的方式確定目標(biāo)的距離； [0015] S2，在方位向上根據(jù)波束寬度確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的合成孔徑長(zhǎng)度及目標(biāo)在 方位向上的坐標(biāo)； [0016] S3，根據(jù)合成孔徑聲納的精確傳播時(shí)間，計(jì)算合成孔徑聲納收、發(fā)陣元運(yùn)動(dòng)所歷經(jīng)的雙程斜距歷程； [0017] S4，針對(duì)待評(píng)估成像模型的近似斜距歷程計(jì)算距離誤差； [0018] S5，在距離誤差基礎(chǔ)上添加陣元指向性函數(shù)的影響； [0019] S6，對(duì)所計(jì)算的距離誤差求平均處理； [0020] S7，針對(duì)所有目標(biāo)、所有接收陣元，計(jì)算距離誤差，以得到二維距離誤差。 [0021] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟S1中，在距離向上根據(jù)等間距 采樣的方式確定目標(biāo)的距離的計(jì)算公式為： ，其中 表示目標(biāo)距離，下 標(biāo) 表示在測(cè)繪帶內(nèi)以等間距方式取的 個(gè)不同目標(biāo)的距離，且所有距離按照 從小到大的順序排列，第一個(gè)距離值 大于測(cè)繪帶的最小距離，最后一個(gè)距離值 小于測(cè) 繪帶的最大距離。 [0022] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟2中，在方位向上根據(jù)波束寬度 確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的合成孔徑長(zhǎng)度及目標(biāo)在方位向上的坐標(biāo)， 位置處的合成孔 徑長(zhǎng)度 的計(jì)算公式為： ，其中 表示最遠(yuǎn)位置處目標(biāo)的距離， 表示對(duì) 應(yīng)于最遠(yuǎn)距離處目標(biāo)的合成孔徑長(zhǎng)度， 表示發(fā)射陣元的負(fù)3分貝波束寬度，所以對(duì)應(yīng) 于最遠(yuǎn)位置處目標(biāo)的方位向坐標(biāo)的值不能小于 ，考慮到正側(cè)視合成孔徑聲納的方位

1.合成孔徑聲納成像模型的二維距離誤差分析方法，其特征在于，所述二維距離誤差分析方法包括如下步驟： S1，在距離向上根據(jù)等間距采樣的方式確定目標(biāo)的距離； S2，在方位向上根據(jù)波束寬度確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的合成孔徑長(zhǎng)度及目標(biāo)在方位向上的坐標(biāo)； S3，根據(jù)合成孔徑聲納的精確傳播時(shí)間，計(jì)算合成孔徑聲納收、發(fā)陣元運(yùn)動(dòng)所歷經(jīng)的雙程斜距歷程； S4，針對(duì)待評(píng)估成像模型的近似斜距歷程計(jì)算距離誤差； S5，在距離誤差基礎(chǔ)上添加陣元指向性函數(shù)的影響； S6，對(duì)所計(jì)算的距離誤差求平均處理； S7，針對(duì)所有目標(biāo)、所有接收陣元，計(jì)算距離誤差，以得到二維距離誤差； 在所述步驟S4中，針對(duì)待評(píng)估成像模型的近似斜距歷程計(jì)算距離誤差的計(jì)算公式為： ， 其中 表示針對(duì)第 個(gè)接收陣元計(jì)算的位于 位置處目標(biāo)的距離， 表示待評(píng)估成像模型針對(duì)第 個(gè)接收陣元計(jì)算的位于 位置處目標(biāo)的距離， 表示對(duì)應(yīng)于發(fā)射信號(hào)中心頻率的波長(zhǎng)， 表示依賴于方位向慢時(shí)間 、目標(biāo)距離 、收發(fā)陣元間距的距離誤差； 在所述步驟S5中，在距離誤差基礎(chǔ)上添加陣元指向性函數(shù)的影響的計(jì)算公式是： ， 其中 表示位于 位置處目標(biāo)相對(duì)發(fā)射陣元的角度，其計(jì)算公式為： ， 其中 表示求反正切計(jì)算， 表示發(fā)射陣元的二進(jìn)制指向性函數(shù)，如果 ，則 的取值為1，如果 ，則 的取值為0，其中 表示考慮陣元指向性函數(shù)的距離誤差，其依賴于方位向慢時(shí)間 、目標(biāo)距離 、收發(fā)陣元間距 ，其中 表示聲納平臺(tái)在方位向的運(yùn)動(dòng)速度， 表示在距離向上位置處 個(gè)目標(biāo)共同的方位向坐標(biāo)，下標(biāo) 表示在測(cè)繪帶內(nèi)以等間 距方式取的 個(gè)不同目標(biāo)的距離，且所有距離按照從小到大的順序排列，第一個(gè)距離值大于測(cè)繪帶的最小距離，最后一個(gè)距離值 小于測(cè)繪帶的最大距離。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維距離誤差分析方法，其特征在于，在所述步驟S1中，在距離向上根據(jù)等間距采樣的方式確定目標(biāo)的距離的計(jì)算公式為： ，其中表示目標(biāo)距離。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維距離誤差分析方法，其特征在于，在所述步驟S2中，在方位向上根據(jù)波束寬度確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的合成孔徑長(zhǎng)度及目標(biāo)在方位向上的坐標(biāo)，位置處的合成孔徑長(zhǎng)度 的計(jì)算公式為： ， 其中 表示發(fā)射陣元的負(fù)3分貝波束寬度，所以對(duì)應(yīng)于最遠(yuǎn)位置處目標(biāo)的方位向坐標(biāo)的值不能小于 ，考慮到正側(cè)視合成孔徑聲納的方位向非空變性質(zhì)，將在距離向上位置處 個(gè)目標(biāo)的方位向坐標(biāo)統(tǒng)一的取值為： 。