本發(fā)明涉及圖像處理，特別涉及一種基于時域平移的聲納回波仿真方法、系統(tǒng)和計算裝置，其中所述聲納回波仿真方法用于提高對多接收陣元合成孔徑聲納進行回波仿真的仿真效率。

背景技術：

1、合成孔徑聲納是一種高分辨率成像聲納，可以得到與工作頻率、探測距離、水域渾濁程度無關的恒定分辨率?；诖耍擁椈A已經(jīng)成為聲納成像和聲納圖像領域的研究熱點。

2、一般來說，合成孔徑聲納要經(jīng)歷系統(tǒng)設計、裝備研制、水池試驗、湖海試驗等過程，研制周期較長，然而與裝備配套的相關成像算法、圖像處理算法以及后期干涉合成孔徑聲納信號處理算法需要首先進行研究。合成孔徑聲納裝備未研制成功前是不具備信號采集功能的，因此不能作為合成孔徑聲納各種信號、圖像處理算法的輸入。在這種情況下，合成孔徑聲納仿真的回波信號就是各種算法的唯一校驗輸入。當前的合成孔徑聲納逐步向?qū)挏y繪帶發(fā)展，也就是說相應的回波仿真也必須緊跟需求，向?qū)挏y繪帶發(fā)展。傳統(tǒng)的仿真方法有時域仿真方法和頻域仿真方法，時域仿真方法擁有大量的復數(shù)相乘等操作，效率較低，頻域仿真法通過頻域的相位相乘來代替時域中的時延操作，在一定程度上能夠提升回波仿真效率，然而仍然擁有大量的復數(shù)相乘操作，仿真效率提升不高。

技術實現(xiàn)思路

1、針對傳統(tǒng)的時域仿真方法和頻域仿真方法在對多接收陣元合成孔徑聲納的回波數(shù)據(jù)進行仿真時的效率較低的問題，本發(fā)明提供一種基于時域平移的聲納回波仿真方法，用于提高對多接收陣元合成孔徑聲納進行回波仿真的仿真效率，其中本發(fā)明的所述聲納回波仿真方法大大減少了復數(shù)相乘的操作，所以回波仿真效率較高。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于時域平移的聲納回波仿真方法，用于對多接收陣元合成孔徑聲納進行回波仿真，其中所述聲納回波仿真方法包括如下步驟：

3、s1，計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程；

4、s2，根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門，在空域計算采樣門的偏移個數(shù)；

5、s3，根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)，將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理；

6、s4，基于延遲處理后的信號，在空域添加對應的多普勒相位。

7、優(yōu)選地，在所述步驟s1中，計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程計算公式是，其中下標表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)，參數(shù)表示目標在距離向的坐標，參數(shù)表示目標在方位向上的坐標，參數(shù)表示方位向上的慢時間，參數(shù)表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)中收發(fā)陣元之間的距離，參數(shù)表示聲納平臺在方位向的運動速度，參數(shù)表示信號收發(fā)期間，發(fā)射信號的精確延遲，表達式為發(fā)射陣元沿方位向運動的距離，表達式發(fā)射陣元發(fā)射信號到第個接收陣元收到目標回波信號期間第個接收陣元沿方位向運動的距離。

8、優(yōu)選地，參數(shù)的表達式為，其中參數(shù)表示水聲聲速。

9、優(yōu)選地，在所述步驟s2中，根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門，在空域計算采樣門的偏移個數(shù)的計算公式是，其中表達式表示距離采樣門，表達式表示采樣頻率，表達式表示四舍五入操作。

10、優(yōu)選地，在所述步驟s3中，根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)，將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理的計算公式是，其中表達式表示發(fā)射的基帶寬頻帶信號，參數(shù)表示距離向上的快時間，參數(shù)表示計算的距離采樣門的偏移個數(shù)，參數(shù)和分別表示目標在距離向、方位向上的坐標。

11、優(yōu)選地，在所述步驟s4中，基于延遲處理后的信號，在空域添加對應的多普勒相位的表達式為，其中表達式表示載波頻率，關系式表示虛數(shù)單位，關系式表示與雙程斜距歷程相對應的第個接收陣元的回波信號。

12、依本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明進一步提供一種基于時域平移的聲納回波仿真系統(tǒng)，用于對多接收陣元合成孔徑聲納進行回波仿真，其中所述聲納回波仿真系統(tǒng)包括：

13、雙程斜距歷程計算單元，用于計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程；

14、偏移個數(shù)計算單元，用于根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門在空域計算采樣門的偏移個數(shù)；

15、延遲處理單元，用于根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理；

16、多普勒相位添加單元，用于基于延遲處理后的信號在空域添加對應的多普勒相位。

17、優(yōu)選地，所述雙程斜距歷程計算單元計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程計算公式是，其中下標表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)，參數(shù)表示目標在距離向的坐標，參數(shù)表示目標在方位向上的坐標，參數(shù)表示方位向上的慢時間，參數(shù)表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)中收發(fā)陣元之間的距離，參數(shù)表示聲納平臺在方位向的運動速度，參數(shù)表示信號收發(fā)期間，發(fā)射信號的精確延遲，表達式為發(fā)射陣元沿方位向運動的距離，表達式發(fā)射陣元發(fā)射信號到第個接收陣元收到目標回波信號期間第個接收陣元沿方位向運動的距離。

18、優(yōu)選地，所述偏移個數(shù)計算單元根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門在空域計算采樣門的偏移個數(shù)的計算公式是，其中表達式表示距離采樣門，表達式表示采樣頻率，表達式表示四舍五入操作。

19、優(yōu)選地，所述延遲處理單元根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理的計算公式是，其中表達式表示發(fā)射的基帶寬頻帶信號，參數(shù)表示距離向上的快時間，參數(shù)表示計算的距離采樣門的偏移個數(shù)，參數(shù)和分別表示目標在距離向、方位向上的坐標。

20、優(yōu)選地，所述多普勒相位添加單元在空域添加對應的多普勒相位的表達式為，其中表達式表示載波頻率，關系式表示虛數(shù)單位，關系式表示與雙程斜距歷程相對應的第個接收陣元的回波信號。

21、依本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明進一步提供一種計算裝置，其包括處理器和被耦合于所述處理器的存儲器，所述存儲器存儲指令，所述處理器執(zhí)行所述指令，使得所述計算裝置執(zhí)行聲納回波仿真方法，其中所述聲納回波仿真方法用于對多接收陣元合成孔徑聲納進行回波仿真，具體包括如下步驟：

22、s1，計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程；

23、s2，根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門，在空域計算采樣門的偏移個數(shù)；

24、s3，根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)，將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理；

25、s4，基于延遲處理后的信號，在空域添加對應的多普勒相位。

26、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有至少以下有益效果：首先，本發(fā)明的所述聲納回波仿真方法大大減少了復數(shù)相乘的操作，所以回波仿真效率較高，其次，當目標數(shù)量為多個時，本發(fā)明的所述聲納回波仿真方法具有更高的仿真效率。

技術特征：

1.一種基于時域平移的聲納回波仿真方法，用于對多接收陣元合成孔徑聲納進行回波仿真，其特征在于，所述聲納回波仿真方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時域平移的聲納回波仿真方法，其特征在于，在所述步驟s1中，計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程計算公式是，其中下標表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)，參數(shù)表示目標在距離向的坐標，參數(shù)表示目標在方位向上的坐標，參數(shù)表示方位向上的慢時間，參數(shù)表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)中收發(fā)陣元之間的距離，參數(shù)表示聲納平臺在方位向的運動速度，參數(shù)表示信號收發(fā)期間，發(fā)射信號的精確延遲，表達式為發(fā)射陣元沿方位向運動的距離，表達式發(fā)射陣元發(fā)射信號到第個接收陣元收到目標回波信號期間第個接收陣元沿方位向運動的距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于時域平移的聲納回波仿真方法，其特征在于，參數(shù)的表達式為，其中參數(shù)表示水聲聲速。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時域平移的聲納回波仿真方法，其特征在于，在所述步驟s2中，根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門，在空域計算采樣門的偏移個數(shù)的計算公式是，其中表達式表示距離采樣門，表達式表示采樣頻率，表達式表示四舍五入操作。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時域平移的聲納回波仿真方法，其特征在于，在所述步驟s3中，根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)，將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理的計算公式是，其中表達式表示發(fā)射的基帶寬頻帶信號，參數(shù)表示距離向上的快時間，參數(shù)表示計算的距離采樣門的偏移個數(shù)，參數(shù)和分別表示目標在距離向、方位向上的坐標。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的基于時域平移的聲納回波仿真方法，其特征在于，在所述步驟s4中，基于延遲處理后的信號，在空域添加對應的多普勒相位的表達式為，其中表達式表示載波頻率，關系式表示虛數(shù)單位，關系式表示與雙程斜距歷程相對應的第個接收陣元的回波信號。

7.一種基于時域平移的聲納回波仿真系統(tǒng)，用于對多接收陣元合成孔徑聲納進行回波仿真，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲納回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述雙程斜距歷程計算單元計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程計算公式是，其中下標表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)，參數(shù)表示目標在距離向的坐標，參數(shù)表示目標在方位向上的坐標，參數(shù)表示方位向上的慢時間，參數(shù)表示第個接收陣元和發(fā)射陣元所組成的第個子系統(tǒng)中收發(fā)陣元之間的距離，參數(shù)表示聲納平臺在方位向的運動速度，參數(shù)表示信號收發(fā)期間，發(fā)射信號的精確延遲，表達式為發(fā)射陣元沿方位向運動的距離，表達式發(fā)射陣元發(fā)射信號到第個接收陣元收到目標回波信號期間第個接收陣元沿方位向運動的距離。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲納回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述偏移個數(shù)計算單元根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門在空域計算采樣門的偏移個數(shù)的計算公式是，其中表達式表示距離采樣門，表達式表示采樣頻率，表達式表示四舍五入操作。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲納回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述延遲處理單元根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理的計算公式是，其中表達式表示發(fā)射的基帶寬頻帶信號，參數(shù)表示距離向上的快時間，參數(shù)表示計算的距離采樣門的偏移個數(shù)，參數(shù)和分別表示目標在距離向、方位向上的坐標。

11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一所述的聲納回波仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述多普勒相位添加單元在空域添加對應的多普勒相位的表達式為，其中表達式表示載波頻率，關系式表示虛數(shù)單位，關系式表示與雙程斜距歷程相對應的第個接收陣元的回波信號。

12.計算裝置，其特征在于，包括處理器和被耦合于所述處理器的存儲器，所述存儲器存儲指令，所述處理器執(zhí)行所述指令，使得所述計算裝置執(zhí)行如權(quán)利要求1至6中任一所述的聲納回波仿真方法。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于時域平移的聲納回波仿真方法、系統(tǒng)和計算裝置，涉及圖像處理技術領域，其中所述聲納回波仿真方法包括步驟：S1，計算多接收陣元合成孔徑聲納的雙程斜距歷程；S2，根據(jù)雙程斜距歷程與距離采樣門，在空域計算采樣門的偏移個數(shù)；S3，根據(jù)計算的采樣門的偏移個數(shù)，將發(fā)射的基帶信號在空域進行延遲處理；S4，基于延遲處理后的信號，在空域添加對應的多普勒相位。本發(fā)明的所述聲納回波仿真方法大大減少了復數(shù)相乘的操作，使得回波仿真效率大幅度提高。

技術研發(fā)人員：張學波,趙恒斌,蘇永濤,楊星
受保護的技術使用者：海底鷹深?？萍脊煞萦邢薰?br/>技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21