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《哈尔滨工程大学》 2015年
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多波束SAS三维仿真模型与成像算法研究

王晓静  
【摘要】:现如今,陆地资源面临枯竭,但是海洋中却含有大量的动植物产品、石油和天然气等,成为新世纪各国关注的焦点。为了满足国家生产、生活所需,各个国家对海洋资源的开发与利用迫在眉睫,同时,由于巨大的海洋利益的驱使,海洋也成了各国矛盾频发区域,对领海的海洋权益维护也成为国防的重点。因此,需要研究和开发相关的水声探测设备,以满足在海洋中矿产发掘、石油开采、管线铺设的要求。成像声纳因其直观性强、包含信息丰富而备受关注。多波束合成孔径声纳(SAS)因其高分辨率,可对目标进行三维全方位成像,成为海洋探测与开发、以及领海防卫的重要设备。本文主要针对多波束SAS的三维仿真模型与成像算法进行了研究。1、完成多波束SAS的三维仿真模型研究。由于外场试验昂贵,不适合于日常的研究工作,同时在外场试验方案确定之后也需要事先仿真验证,因此,仿真研究是必不可少的一环。本文研究了多波束SAS的仿真模型,之后依次对载体运动模型、点目标回波信号模型、水底地形、目标阴影模型以及发射基阵的指向性模型进行了公式推导以及仿真研究,为多波束SAS后续成像、运动补偿等算法的仿真研究提供了数据支持。2、完成对分数时延波束形成技术的相关研究工作。由于宽带信号广泛应用于水声探测成像领域,本文针对宽带信号的时域波束形成技术进行研究。为了精确的获取时延量,本文采用分数时延技术进行波束形成。完成了分数时延波束形成的设计方案,理论仿真说明了波束形成的优势。此外还阐述了波束形成技术应用于合成孔径技术旨在获取第三维坐标,即精确测量目标的深度坐标,从而可以进行三维成像。3、主要内容是对多波束SAS的三维成像算法进行研究。根据多波束SAS的成像流程,首先研究了脉冲压缩技术的原理并进行了公式推导,推导了 LFM信号的理论公式,通过仿真分析给出了 LFM信号脉冲压缩前后的图像;其次研究了 SAS的逐点成像算法的基本原理,并进行了公式推导与仿真实验,给出了目标的SAS成像图;最后研究了多波束SAS的成像算法,再熟悉原理的基础上推导了相关的公式,并进行了仿真实验,给出了目标的三维仿真成像图。4、根据以上理论算法的研究,完成相关水池试验的方案设计工作,并初步完成了相关水池试验工作。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P715

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