1764 October 2017 Vol 46 No 10 AGCS http://xb.sinomaps.com 效率,如图3所示。因此,根据多波束合成孔径的偿,得到质量更高的声呐图像;利用新的探测机 原理和多子阵SAS结构,多波東合成孔径声呐换理,获得更高的目标分辨力。因此,针对多波束合 能器阵型选为平面阵结构,其距离向接收单元能成孔径声呐新机理开展了如下关键技术的研究。 够完成垂直于航行方向剖面内的波束形成,而其3.1合成孔径声呐目标仿真 航迹向接收单元能够保证距离向波束合成处理时 目标回波仿真是多波束合成孔径声呐技术研 的栅瓣抑制[3 究的基础,基于声呐运动模型的目标回波模型仿 真结果对于多波束合成孔径声呐成像算法以及运 发射阵 动补偿算法的研究会有很大的促进作用。目标的 目■ 三维仿真模型包括声呐的运动模型、目标的回波模 型、目标的阴影模型等,利用抗干扰能力较强、距离 分辨力高的线性调频信号进行目标探测研究。 3.1.1声呐的运动模型 多波束合成孔径声呐的基本运动模型如图2 所示,接收基阵为由无指向性的阵元组成的换能 相位中心 器线阵。在工作过程中发射换能器以一定的重复 接收阵 间隔向海底发射脉冲信号,记载体运动方向为y 图33到声接收体在不同时刻这收到的你号的时,对 轴方向,接收线阵所在的横向为x轴方向。计算得 array of MeSaS 于多个目标点可以分别得到各个点的回波,然后将 3多波束合成孔径声呐关键技术 回波进行叠加,即可得到目标信号仿真数据 现阶段多波束测深技术的主要发展趋势是朝3.12目标回波仿真 向小水深测量、运动姿态稳定、精细化测量等方向 假设探测面目标或者体目标时,采用点目标 发展,而合成孔径声呐的研究热点主要集中在目重构法,将目标分解为一个个单独的点目标 标回波模拟、合成孔径成像算法、载体运动姿态补以正方体为例首先对目标体以固定间距进行切 偿等方面。通过对比研究可以发现,二者研究的 线分解,将目标分解成众多小块,然后利用体表面 共同热点方向在于:利用复杂的探测信号形式,得各条切线的交点来构造点目标,完成整个目标分 到更好的回波信噪比和更精确的波达时间分辨 解。将体目标分解为点目标,求出各个点目标的 力;利用更好的聚焦波束形成技术,实现对近距离 回波并进行叠加,可将叠加后的目标回波视为面 目标的精细探测;对载体运动姿态进行有效的补 目标或者体目标的回波,目标模型如图4所示。 ●●··●·●●●●● ●●●●●●●●●●●● (a)方体模型 (b)方体模型切割图 (c)方体模型切割交点图 图4目标模型分解示意图 Fig 4 Target model decomposition 3.1.3阴影区域仿真 阴影,在接收基阵与仿真目标之间进行连线,延长 在声呐基阵沿着航迹向运动时,发射的声波束线与水底相交,目标的着底点与延长线交点所围成 照射到物体,由于物体的遮挡会在物体的后方形成的区域即为声波阴影区,目标模型如图5所示October２０１７Vol．４６No．１０AGCS http:∥xb．sinomaps．com 效率,如图３所示.因此,根据多波束合成孔径的 原理和多子阵SAS结构,多波束合成孔径声呐换 能器阵型选为平面阵结构,其距离向接收单元能 够完成垂直于航行方向剖面内的波束形成,而其 航迹向接收单元能够保证距离向波束合成处理时 的栅瓣抑制[３９]. 图３ 二维多子阵多波束合成孔径声呐阵列 Fig．３ Structureof２D multiＧsubarraytransducer arrayofMbSAS ３ 多波束合成孔径声呐关键技术 现阶段多波束测深技术的主要发展趋势是朝 向小水深测量、运动姿态稳定、精细化测量等方向 发展,而合成孔径声呐的研究热点主要集中在目 标回波模拟、合成孔径成像算法、载体运动姿态补 偿等方面.通过对比研究可以发现,二者研究的 共同热点方向在于:利用复杂的探测信号形式,得 到更好的回波信噪比和更精确的波达时间分辨 力;利用更好的聚焦波束形成技术,实现对近距离 目标的精细探测;对载体运动姿态进行有效的补 偿,得到质量更高的声呐图像;利用新的探测机 理,获得更高的目标分辨力.因此,针对多波束合 成孔径声呐新机理开展了如下关键技术的研究. ３．１ 合成孔径声呐目标仿真 目标回波仿真是多波束合成孔径声呐技术研 究的基础,基于声呐运动模型的目标回波模型仿 真结果对于多波束合成孔径声呐成像算法以及运 动补偿算法的研究会有很大的促进作用.目标的 三维仿真模型包括声呐的运动模型、目标的回波模 型、目标的阴影模型等,利用抗干扰能力较强、距离 分辨力高的线性调频信号进行目标探测研究. ３．１．１ 声呐的运动模型 多波束合成孔径声呐的基本运动模型如图２ 所示,接收基阵为由无指向性的阵元组成的换能 器线阵.在工作过程中发射换能器以一定的重复 间隔向海底发射脉冲信号,记载体运动方向为y 轴方向,接收线阵所在的横向为x 轴方向.计算得 到声呐接收阵在不同时刻接收到的信号的时延,对 于多个目标点可以分别得到各个点的回波,然后将 回波进行叠加,即可得到目标信号仿真数据. ３．１．２ 目标回波仿真 假设探测面目标或者体目标时,采用点目标 重构法[４０],将目标分解为一个个单独的点目标. 以正方体为例,首先对目标体以固定间距进行切 线分解,将目标分解成众多小块,然后利用体表面 各条切线的交点来构造点目标,完成整个目标分 解.将体目标分解为点目标,求出各个点目标的 回波并进行叠加,可将叠加后的目标回波视为面 目标或者体目标的回波,目标模型如图４所示. 图４ 目标模型分解示意图 Fig．４ Targetmodeldecomposition ３．１．３ 阴影区域仿真 在声呐基阵沿着航迹向运动时,发射的声波束 照射到物体,由于物体的遮挡会在物体的后方形成 阴影,在接收基阵与仿真目标之间进行连线,延长 线与水底相交,目标的着底点与延长线交点所围成 的区域即为声波阴影区,目标模型如图５所示. １７６４