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合成孔徑聲納成像模型的二維距離誤差分析方法、系統(tǒng)

專利號
CN119471654B
公開日期
2025-03-25
申請人
海底鷹深??萍脊煞萦邢薰? 云南保利天同水下裝備科技有限公司(云南省昆明市滇中新區(qū)云水路1號智能制造產(chǎn)業(yè)園A1棟335-1號)
發(fā)明人
張學(xué)波; 李仁平
IPC分類
G01S7/52; G01S15/89
技術(shù)領(lǐng)域
距離,聲納,誤差,目標(biāo),方位,孔徑,計(jì)算,誤差分析,斜距,成像
地域: 云南省 云南省昆明市

摘要

本發(fā)明公開了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),涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域,所述二維距離誤差分析方法包括步驟: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)所對應(yīng)的合成孔徑長度及目標(biāo)在方位向上的坐標(biāo);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)動所歷經(jīng)的雙程斜距歷程;針對待評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;對所計(jì)算的距離誤差求平均處理;針對所有目標(biāo)、所有接收陣元,計(jì)算距離誤差,以得到二維距離誤差。

說明書

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向非空變性質(zhì),可將在距離向上 位置處 個(gè)目標(biāo)的方位向坐標(biāo)統(tǒng)一的取值 為: ,其中 表示在距離向上 位置處 個(gè)目標(biāo)共同的方位向坐 標(biāo)。 [0023] 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S3中,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)動所歷經(jīng)的雙程斜距歷程的計(jì)算公式為: ,其中下 標(biāo) 表示第 個(gè)接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第 個(gè)子系統(tǒng), 表示目標(biāo)在距離向的坐 標(biāo), 表示在距離向上 位置處 個(gè)目標(biāo)共同的方位向坐標(biāo), 表示方位向慢 時(shí)間, 表示第 個(gè)接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第 個(gè)子系統(tǒng)中收發(fā)陣元之間的距 離,其滿足 , 表示接收陣元總個(gè)數(shù), 表示聲納平臺在方位向的運(yùn)動速度, 表示水下聲速。 [0024] 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S4中,針對待評估成像模型的 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, 表示待評估成像模型針對第 個(gè)接收陣元計(jì)算的位于 位置處目標(biāo)的距離, 表示對應(yīng)于發(fā)射信號中心頻率的波長, 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。 [0025] 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 。 [0026] 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6中,對所計(jì)算的距離誤差求平 均處理的計(jì)算公式為: ,其中 表示求極大值處理, 表示求極小值處理, 表示平均處理后的 誤差,其賴于目標(biāo)距離 、收發(fā)陣元間距 。 [0027] 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7中,針對不同的目標(biāo)距離 和第 接收陣元,分別計(jì)算對應(yīng)的距離誤差 。 [0028] 依本發(fā)明的另一個(gè)方面,本發(fā)明進(jìn)一步提供一種合成孔徑聲納成像模型的二維距 離誤差分析系統(tǒng),其包括: [0029] 第一確定單元,用于在距離向上根據(jù)等間距采樣的方式確定目標(biāo)的距離; [0030] 第二確定單元,用于在方位向上根據(jù)波束寬度確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo)所對應(yīng)的合成孔 徑長度及目標(biāo)在方位向上的坐標(biāo); [0031] 第一計(jì)算單元,用于根據(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)動所歷經(jīng)的雙程斜距歷程; [0032] 第二計(jì)算單元,用于針對待評估成像模型的近似斜距歷程計(jì)算距離誤差; [0033] 添加單元,用于在距離誤差基礎(chǔ)上添加陣元指向性函數(shù)的影響; [0034] 平均處理單元,用于對所計(jì)算的距離誤差求平均處理; [0035] 第三計(jì)算單元,用于針對所有目標(biāo)、所有接收陣元,計(jì)算距離誤差,以得到二維距離誤差。 [0036] 作為本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn),所述第一確定單元在距離向上根據(jù)等間距 采樣的方式確定目標(biāo)的距離的計(jì)算公式為: , [0037] 其中 表示目標(biāo)距離,下標(biāo) 表示在測繪帶內(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 大于測繪帶的最 小距離,最后一個(gè)距離值 小于測繪帶的最大距離。 [0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有至少以下有益效果: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)誤差直接評估成像模型的優(yōu)劣,極大地提升了效率。 [0039] 本發(fā)明的其他有益效果在接下來的描述中將被進(jìn)一步揭露。 附圖說明 [0040] 圖1為本發(fā)明的一種二維距離誤差分析方法的計(jì)算流程。 [0041] 圖2為收發(fā)分置合成孔徑聲納子系統(tǒng)的二維成像幾何。 [0042] 圖3為成像結(jié)果的方位向剖面圖,其中(a)為30m距離處目標(biāo)方位向剖面,(b)為 200m距離處目標(biāo)方位向剖面。 [0043] 圖4為本發(fā)明計(jì)算的誤差圖。 [0044] 圖5為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種二維距離誤差分析方法的流程圖。 [0045] 圖6為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種二維距離誤差分析系統(tǒng)的框圖示意圖。 [0046] 圖7為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種計(jì)算裝置的框圖示意圖。 [0047] 圖中: [0048] 600、二維距離誤差分析系統(tǒng);610、第一確定單元;620、第二確定單元;630、第一計(jì)算單元;640、第二計(jì)算單元;650、添加單元;660、平均處理單元;670、第三計(jì)算單元; [0049] 700、計(jì)算裝置;710、存儲器;720、處理器;730、輸入裝置;740、輸出裝置。 具體實(shí)施方式 [0050] 在詳細(xì)說明本發(fā)明的任何實(shí)施方式之前,應(yīng)理解的是,本發(fā)明在其應(yīng)用中并不限

權(quán)利要求

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4.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S3中,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)動所歷經(jīng)的雙程斜距歷程的計(jì)算公式為: , 其中下標(biāo) 表示第 個(gè)接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第 個(gè)子系統(tǒng), 表示目標(biāo)在距離向的坐標(biāo), 表示方位向慢時(shí)間, 表示第 個(gè)接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個(gè)子系統(tǒng)中收發(fā)陣元之間的距離,其滿足 , 表示接收陣元總個(gè)數(shù), 表示水下聲速。 5.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S6中,對所計(jì)算的距離誤差求平均處理的計(jì)算公式為: , 其中 表示求極大值處理, 表示求極小值處理, 表示平均處理 后的誤差,其賴于目標(biāo)距離 、收發(fā)陣元間距 。 6.合成孔徑聲納成像模型的二維距離誤差分析系統(tǒng),其特征在于,包括: 第一確定單元,用于在距離向上根據(jù)等間距采樣的方式確定目標(biāo)的距離; 第二確定單元,用于在方位向上根據(jù)波束寬度確定最遠(yuǎn)距離目標(biāo)所對應(yīng)的合成孔徑長度及目標(biāo)在方位向上的坐標(biāo); 第一計(jì)算單元,用于根據(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)動所歷經(jīng)的雙程斜距歷程; 第二計(jì)算單元,用于針對待評估成像模型的近似斜距歷程計(jì)算距離誤差; 添加單元,用于在距離誤差基礎(chǔ)上添加陣元指向性函數(shù)的影響; 平均處理單元,用于對所計(jì)算的距離誤差求平均處理; 第三計(jì)算單元,用于針對所有目標(biāo)、所有接收陣元,計(jì)算距離誤差,以得到二維距離誤差; 所述第二計(jì)算單元針對待評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, 表示待評估成像模型針對第 個(gè)接收陣元計(jì)算的位于 位置處目標(biāo)的距離, 表示對應(yīng)于發(fā)射信號中心頻率的波長, 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; 所述添加單元在距離誤差基礎(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 表示聲納平臺在方位向的運(yùn)動速度, 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)
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