相控阵三维摄像声纳系统的稀疏阵列优化设计

为使相控阵三维摄像声纳系统中的稀疏阵列在整个探测范围内都具有稳定的波束图性能,文中提出了一种兼顾远场与近场的稀疏阵列优化方法.首先通过对近场波束图的分析,构建了一种适合实际工程应用的近场稀疏阵列优化的能量函数,并对该能量函数加以简化,以减少优化过程的计算量,然后利用寻优算法对简化后的能量函数进行最小化寻优运算,从而得到满足近场需要的稀疏布阵结果.为进一步获得适用于远场的稀疏率更高的阵列,对近场稀疏阵列设计的结果进行了二次优化.利用该稀疏优化方法对一个100×100的二维矩形换能器阵列进行优化,并与现有文献方法进行了对比,结果表明文中方法获得的稀疏阵列在远场和近场条件下的各个探测距离都能提供期望的波束图性能,同时保持了与其他方法相近的稀疏率.

相控阵三维摄像声纳的自适应阈值选取

针对相控阵三维摄像声纳阈值选取的问题,提出了一种新的自适应阈值方法。该方法首先根据检测到的各个波束所属的边缘模式,统计各个波束的邻域对称性,并利用该对称性对原始的基于波束强度的置信度图像进行修正。再采用最大熵原理,计算适用于新的置信度图像的自适应阈值。试验结果表明:该算法能够有效地区分物体区域和背景区域,而所需的计算量仅与常规的空域滤波方法处于同一量级。该自适应阈值算法适合于相控阵三维摄像声纳系统的实时应用。

基于TSI方位估计的三维摄像声纳阵列幅相误差校正

针对水下三维摄像声纳系统的大型均匀矩形阵列,提出了一种基于三步迭代(three-step-iteration,TSI)方位估计的幅相误差校正方法.该方法使用1个方位未知的远场校正源,首先采用一种新的TSI方位估计算法,获得对校正源方位的鲁棒估计;然后根据该方位估计结果和采样数据协方差矩阵,估计阵列的幅相误差.利用该方法估计得到的幅相误差参数,可使三维摄像声纳在存在阵列幅相误差的条件下仍提供良好的探测性能.通过仿真实验,对该方法和基于数据协方差矩阵Toeplitz-block特性的方法进行了比较研究.实验结果表明:该方法能处理Toeplitzblock方法无法解决的大阵列相位误差问题,同时小信噪比条件下的性能也有明显改善.