干涉合成孔径声纳三维成像研究

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1、分类号：TN9117崭级：西北工业大学硕士学位论文(学位研究生)Y：$30；《6学校代号：10699学号：036036077题目：干涉合成子L径声纳三维成像研究作者：李丰韦导师：孙超导师：黄海宁学科(专业)：职务：教授职务：研究员信号与信息处理西北工业大学航海学院二零零六年三月荫北一I‘业大学硕十学位论文第‘章绪论第一章绪论1．1合成孔径声纳和干涉合成孔径声纳概要根据1994年生效的《联合田海洋法公约》，我国管辖的海洋专署经济区有360力平方公里，拥有118万公罩长的海岸线，沿海岛屿星岁棋布，大约有6500个。全刨有4亿人口

2、生活在200公单范围内的沿海地带。沿海地区国民经济总产值占全国闰民经济总产值的60％，我国足～个名副其实的海洋大国，但目前还不是一个海洋强围。可以说发展声纳技术是维护海洋权益，保障围家安全、开发海洋资源、保护海洋环境的重要战略。声波是人类迄今为止所知道的惟一能在海水中远距离传播的能量形式⋯，其他的能量辐射形式，如光波和电磁波都不能存海水巾远距离传播。海水作为声波的传播介质，‘i海而和海底一起构成了声传播通道，有时候称为水声信道，这个传播通道具有非常复杂的特性，研究声波存水下的产生、传播和接收的规律，在理论和实践中都具有很重要

3、的意义。作为这利，应用的一个主要领域就是声纳。声纳就是利用声波对水下目标进行探测、定位利通信的电子设备。由于声纳是一种特殊的水声设备，一部分存水中，～部分不在水中，所以整个系统可以分为两个部分，刊惯卜称为湿端和干端。由j：传统的侧扫声纳成像分辨率受发射阵尺寸、发射信号频率以及作用距离等限制，成像精度不是很高，在一些高分辨应用中不能达到要求，囚此人们将合成孔径雷达原理推广到水声领域，就m现了合成孔径声纳(Sy11theticAperturesonar．SAs)。sAs是一利t新型高分辨水下成像声绌，可以用_丁水卜-军事目标的探

4、测和识别，最直接的应用就是对沉底水雷和掩埋水雷的高分辨探测和识别。在国民经济方面，可以用_丁海底测量、水下考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有重要意义。SAS基本原理【2J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，米获得移动方向f方位方向)上大的合成7L径，从而得到方位向的高分辨力。从理论上讲，这利；分辨力和探测距离无关。直观地说，距离越大，合成孔径长度就越长，合成阵的角分辨率就越高，从而抵消了距离增大的影响，保持了方位向分辨力不变。文献[1]给出了一个E}f中科院声学研究

5、所和船舶重工集团杭州应用声学研究所联合研制的实验sAs系统，并指出合成孔径声纳系统一般由三个分系统组成：1)声纳分系统，由合成孔径声纳基阵、发射机、接收机、数据采集、传输和存储西北l一业人学硕士学位论文筇一章绪论子系统、声纳信号处理机和显控台等组成；2)姿态与位移测量分系统，由姿态、位移测量系统和GPs等组成；3)拖曳分系统，由绞车、拖缆和拖体等组成。合成孔径声纳自20世纪50年代出现以来，至今己获得飞跃式发展。walsh在1969年第一次对sAS进行了描述。1973年，Sato，Ueda和Fukoda给出了第一次进行实验的

6、结果。在1976年，LJ．cutrona发表论文对使用真实孔径的声纳和使用合成孔径的声纳成像性能进行了比较，得出的结论是sAs系统可以在很低的频率下进行工作，并具有较少的衰减和较少的功耗。从此以后，SAs技术才变得慢慢成熟起来，但由于介质的不稳定性、拖体速度的限制以及平台运动误差的影响，SAS发展相当缓慢。70年代和80年代由于相关性研究的发展减轻了人们对海洋媒质的担心，并且发现其他问题也不是不可能逾越的。1990年，由欧共体资助欧洲开始进行实时sAs系统的研究工作。目前，他们开发的ACID系统口】及其改进的sAMI系统【4

7、l成功地进行了海试，获得了相当好的合成孔径声纳地貌图像。美国Raythcon公司组织研制的DARPASAs系统p1应用于对水雷进行探测和以别，在lkm的距离上分辨率能达到10cm。还有新西兰canterbury大学研制的KlwI．sAs系统等，一些在公丌文献上发表的实时sAs系统如表1．1所示。．p嚣．K裟一笔鬈。c蛩箩‘ⅧcMucs㈣sSASASSAS1。I一。一⋯1～曩墨鬻豢÷曩+蠖i≥。警“0s，、鋈i。≯i够j；；誊渤?‘：i拖体述度(”e)l～o·25～o-5l一5l～52·o，l⋯，一僻长(m譬；+¨“《，“，’

8、o。。?；2．o一：i～。¨j。一嘶：≥。照25方位守盆辨率一：一一11—15-fjo3，125-?_．51『-。。÷?；5黪嚣黎熟?。簿j≤一≥i童’；_蕊l≯。j遴?≥I毒0誉誊篱瀛篡誊发射单元l。j一1_--、l。l+_。；1．07。．’+lj接收单零“”。+067“j¨l}。{；；