贝叶斯假设方法在水声成像声呐阵控制中的应用

在对水中目标轮廓进行水声成像时,可设计声呐阵中各声呐单体对目标分割识别,利用贝叶斯假设方法,解决多声呐单体识别结果的目标最终识别问题,实现声呐阵的有效控制。

一种用于水声运动目标成像的空间散射模型

水声成像过程中为了分析所接收的运动目标回波、理解接收信号的形成机理,提出了一种用于该情况的空间散射模型,并利用此模型仿真了"T"型阵成像声呐接收的回波信号。对信号的分析说明了空间散射模型的正确性。以空间散射模型为基础,利用傅里叶变换波束形成算法对不同条件下的球体目标进行了水声成像,并分析了成像性能。性能分析说明了水声目标大小、距离等因素对成像的影响情况,还特别强调了在运动情况下目标的成像情况。以上工作完成了对"T"型阵水声成像过程的模拟,为成像过程回波信号研究和成像声呐研制提供了理论基础和仿真手段。

利用空间散射模型进行水声目标成像的研究

以水声运动目标成像与信号分析为背景,提出了该情况的空间散射模型,并利用此模型对成像声呐接收的回波信号进行了仿真。对仿真信号的分析,说明了该空间散射模型的正确性。以空间散射模型以及仿真回波信号为基础,对球体目标进行了三维成像,并分析了成像的性能。具体的成像过程利用FFT波束形成算法。分析结果说明了水声运动目标体积、距离等因素的影响情况,特别强调了目标运动所造成的影响。这为成像回波信号研究和成像声呐研制提供了理论工具和仿真手段。

基于回波相关性的三维成像声呐多帧积累方法

三维成像声呐是一种用于拍摄水下三维场景的多波束声呐系统,在同一位置对场景多次观测后进行叠加,可以平滑图像噪声,提高信噪比。然而由于声速传播慢,且水下拍摄姿态容易受到环境扰动,成像设备无法在多个脉冲时间内保持姿态稳定,从而使得多帧数据无法有效积累。本文针对目标静止的场景,提出了一种声呐运动估计和补偿的方法,该方法首先利用2帧回波之间的相关性分别对时延和转动角度进行估计,根据运动参数对回波进行配准,将配准后的多帧声图进行非相干积累来提高声图质量。实验表明,该方法能够提升多帧积累的效果,多帧积累后的三维声图具有更低的图像信息熵,在相同的阈值设置下,补偿后获得的点云图像能够保留更完整的目标形态以及更少的背景噪点。

基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统

水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力,本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统,该系统包括3个部分:窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像,近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成,稀疏布阵情况下采用二维FFT波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法,设计并实现一套实时三维成像声纳系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。

基于TMS320C6678三维成像声纳信号处理算法的设计与实现

针对三维成像声纳在实际应用当中实时性的需求,在分析三维成像声纳波束形成算法原理和TMS320C6678多核任务并行处理的基础上,设计了基于TMS320C6678处理芯片的三维成像声纳二维波束形成算法的并行实现方法。该方法不仅能有效地完成二维波束形成,还能减少波束形成的计算量,满足系统的实时性需求。实验表明:该方法有效、可靠地完成了2304通道的二维波束形成,角度分辨率优于1°,满足实际系统实时性要求。

高集成度水声相控阵发射系统设计

针对水声成像系统体积小、电源电压低的特点,设计了一种基于相控阵技术的高集成度水声发射电路。通过运用FPGA产生脉冲激励信号并设计相控延时,实现了16通道激励脉冲信号的相控发射。设计了发射信号运算放大和功率放大电路,有效提高了发射信号的幅值和功率。实验结果表明,该系统可以产生高频高压的激励脉冲信号,实现最小2 ns的相控延时,实际测试时能够得到较强的回波信号,为水声成像系统的研究提供了硬件基础。

基于精确时延并行时域算法的低频合成孔径系统

为了提高对掩埋目标的探测能力以及成像分辨率,本文提出了一种基于精确时延并行时域逐点算法的低频合成孔径掩埋目标探测系统,该系统包括3个部分:宽带信号发射系统、信号采集系统及信号处理系统。信号处理系统采用基于精确时延的并行时域逐点成像算法进行成像处理。相比于传统的时域合成孔径成像算法,基于精确时延的并行时域逐点成像算法,可以有效地解决掩埋目标成像中由于水中和沉积层中声速的剧烈变化导致的散焦问题,具有对此类目标更高的成像分辨率,并且其计算效率更高,具有实时性上的优势。基于该成像算法,设计并实现了一套实时低频合成孔径掩埋目标探测系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以有效获取水下掩埋目标图像,并且聚焦效果良好。