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《武汉理工大学》 2009年
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合成孔径声纳聚焦成像算法研究

田丰  
【摘要】: 合成孔径声纳是一种新型高分辨水下成像声纳,其基本原理是利用小孔径基阵的移动,通过对不同位置接收信号的相关处理,来获得移动方向(方位方向)上较大的虚拟合成孔径。合成孔径技术相对于常规声纳技术的突出优势在于,它只利用小孔径的物理声阵,就可以得到与径向距离和频率都无关的高方位分辨率。该技术在卫星雷达和机载雷达上均获得了巨大成功。然而,合成孔径声纳作为一种水下成像设备,受水下复杂条件的影响,有不同于合成孔径雷达的特点。首先是声传播信道的非理想性比合成孔径雷达中电磁波传播的严重;其次是声纳拖体的运动稳定性比合成孔径雷达要差得多;再者因为声速大大低于电磁波在空间的传播速度,,从而大大限制了拖体的运动速度。低的船速加上潮汐和水流的影响将会导致声纳大幅度的偏离所需的轨迹。所以要使合成孔径技术实用于声纳必须克服以上几个困难。通过解决其关键技术(提高成象分辨率和进行相位误差补偿)来提高它的实用性,充分发挥合成孔径声纳低成本、高分辨率的优越性能。 本文首先详细介绍了合成孔径技术的基本原理,讨论了聚焦式合成孔径声纳的工作方式,分析了合成孔径声纳的方位分辨率和距离分辨率,然后对聚焦式SAS常用的几种成像算法进行了论述。 目标点成像分辨率的提高是SAS成像领域的一个重要课题。在常用的聚焦式SAS成像算法的方位和距离压缩处理中,需要对数据进行二维傅里叶变换,由于在二维频域上信号宽度有限,使得时域信号在二维上的包络表现为两个Sinc函数的乘积,旁瓣干扰较为严重。因此成像后处理中的旁瓣抑制技术对于目标点成像质量的提高有着重要的意义。本文将介绍一种提高事后成像场景的自适应算法——空间变迹法,空间变迹法(SVA)作为一种超分辨率图像处理技术,能够在抑制旁瓣的同时保持良好的主瓣分辨率。将空间变迹法引入合成孔径声纳成像,比传统的加窗处理能获得更好的成像效果。本文对标准空间变迹法进行了推广,提出了非标准奈奎斯特采样率下的通用算法,然后使用迭代外推法对其进行了改进,并在聚焦式SAS的一维和二维成像处理中进行了应用,获得了较好的旁瓣抑制效果和目标成像质量的提高。文中对涉及的算法均给出了仿真和详细的分析,为实际应用提供了依据。该研究结果可用于海洋开发中的探测、成像、定位等多种应用方向。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U666.7

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 高建;水下SAS数据建模及干涉测量关键技术研究[D];武汉大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 程昊韡;一种基于超分辨率图像重建的合成孔径声纳成像方法[D];华南理工大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王磊;干涉合成孔径雷达信号处理的研究[D];中国科学院电子学研究所;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李袆;干涉合成孔径声纳三维成像研究[D];西北工业大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 卞红雨;王珺琳;;基于垂直矢量阵的相干信号方位估计算法[J];兵工学报;2012年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 赵哲;许人灿;陈曾平;;一种改进的ESPRIT成像算法[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
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9 张莉;杨宾;吴瑛;;LTI系统的频率响应在阵列校正中的应用[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
10 李志臣;何培宇;董薇薇;;基于传播算子的宽带DOA估计新算法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
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5 么彬;多子阵波束域高分辨水声成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 张进;宽带阵列信号波达方向估计算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
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8 王力宝;多输入多输出合成孔径雷达关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 王怀军;MIMO雷达成像算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 贺思三;微动目标高分辨雷达信号建模及特征提取[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张海社;智能天线算法的研究[D];山东科技大学;2010年
2 李婧琳;基于探地雷达的刚性路面板下脱空系统识别方法[D];郑州大学;2010年
3 湛雷;图像声纳数字系统软件开发与硬件设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 陈超;传播算子算法DOA估计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 魏挺;相干信号二维DOA估计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 孙成朋;DS-SS信号源定位技术研究及仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 徐梁;基于盲信号分离和阵列扩展的主动声纳目标回波信号提取[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李文强,李景文,陈杰;一种干涉SAR复图像数据的快速仿真方法[J];北京航空航天大学学报;2005年01期
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3 林涛,孙宝申,李启虎;合成孔径声纳原理样机的湖上试验[J];高技术通讯;2002年09期
4 孙艳丽;李建海;周伟;刘佳琪;;SIFT在高分辨率SAR图像自动配准中的性能分析[J];电子设计工程;2011年07期
5 余亮;苏显渝;;一种相对距离导向的相位展开算法[J];光子学报;2009年05期
6 李平;杜军;吴桑云;;基于CAATI技术的条带测深/侧扫声纳系统C3D-LPM[J];海岸工程;2010年04期
7 刘丹丹;唐劲松;王铮;马庆忠;;水下目标二维散射特性测量方法[J];哈尔滨工程大学学报;2009年07期
8 岳军,邹志农;合成孔径声纳的数学问题[J];海军工程大学学报;2005年05期
9 薛文虎;张明敏;唐劲松;韩树宗;;Chirp信号参数估计算法性能比较[J];海军工程大学学报;2007年02期
10 杨雪梅;龚俊斌;王鹏;田金文;;基于改进SIFT的SAR图像与可见光图像配准[J];航天控制;2010年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 徐江;干涉合成孔径声纳信号处理算法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
2 曹聚亮;图像超分辨率处理、成像及其相关技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
3 张艳;空间域超分辨率图像重建技术研究[D];解放军信息工程大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 钱刚;合成孔径声纳技术研究[D];西北工业大学;2003年
2 李轩;合成孔径声纳成像实现方法研究[D];吉林大学;2004年
3 周峰;机载合成孔径雷达基于数据的运动误差分析及补偿研究[D];西安电子科技大学;2005年
4 杨青青;合成孔径声纳成像算法及介质不稳定性影响研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
5 刘苏钱;基于特征的SAR图像自动配准方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙泓波,顾红,苏卫民,刘国岁;机载雷达成像中的两种改进多普勒质心估计算法[J];兵工学报;2002年01期
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10 黄岩,李春升,陈杰,周荫清;高分辨星载SAR改进Chirp Scaling成像算法[J];电子学报;2000年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 徐江;干涉合成孔径声纳信号处理算法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
2 邢孟道;基于实测数据的雷达成像方法研究[D];西安电子科技大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王君庭;机载SAR运动补偿研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
2 周峰;机载合成孔径雷达基于数据的运动误差分析及补偿研究[D];西安电子科技大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田杰;;863合成孔径声纳项目通过验收[J];应用声学;2006年04期
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8 傅金祝;合成孔径声纳技术[J];水雷战与舰船防护;1999年04期
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10 岳军,邹志农;合成孔径声纳的数学问题[J];海军工程大学学报;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 徐江;唐劲松;张春华;孙宝申;;运动补偿的多子阵合成孔径声纳波束形成算法[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
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3 黄勇;徐江;张春华;;合成孔径声纳姿态及运动估计——鲁棒Kalman估计算法[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
4 方亮;唐劲松;;一种新的SAS图像自适应滤波算法[A];2007年全国水声学学术会议论文集[C];2007年
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中国重要报纸全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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2 高建;水下SAS数据建模及干涉测量关键技术研究[D];武汉大学;2012年
3 徐江;干涉合成孔径声纳信号处理算法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 钱刚;合成孔径声纳技术研究[D];西北工业大学;2003年
2 杨青青;合成孔径声纳成像算法及介质不稳定性影响研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
3 吴鹏;基于运动补偿的合成孔径声纳波束形成算法研究[D];武汉理工大学;2009年
4 田丰;合成孔径声纳聚焦成像算法研究[D];武汉理工大学;2009年
5 李进;分数阶Fourier变换在超声信号处理中的应用[D];中国科学技术大学;2009年
6 李蓉;合成孔径声纳技术研究[D];西北工业大学;2001年
7 姚冰;合成孔径声纳成像及目标检测与识别技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 宋坤坡;水声三维数据场的可视化技术研究[D];浙江大学;2010年
9 程昊韡;一种基于超分辨率图像重建的合成孔径声纳成像方法[D];华南理工大学;2011年
10 林婷婷;声纳高速数据流传输系统设计与实现[D];浙江大学;2012年
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