第10期 李海森,等:多波束合成孔径声呐技术研究进展 1763 念,并独立开展了利用现有基于单线阵的国产多径声呐相同航迹向分辨率的前提下有效地提高合 波束测深系统进行试验,证明了多波束合成孔径成孔径声呐的距离向分辨率并完成正下方无缝隙 声呐的可行性,相较于传统多波束测深系统分辨测绘[7-3,成像效果如图1所示。目前正在上述 率具有显著提高,并且能够一次测绘得到全覆盖研究的基础上,开展基于二维面阵的多波束合成 测绘的结果,对目标的深度信息、航迹向坐标信息孔径探测机理研究,期望能够获得更好的航迹向 等有良好的成像效果,可以在保证与侧扫合成孔分辨率和有效的提升系统探测效率。 行走中心位置 一侧 也壁行走方向86 大约50 行走中心位↑ 置距一侧池 壁行走方 605 50 012 2 (a)单线阵多波束合成孔径声呐试验结构图 (b)多波束合成孔径声呐成像效果图 图1单线阵多波束合成孔径声呐成像效果图 ig. 1 Imaging effects of multibeam synthetic aperture sonar based on single uniform linear array 2多波束合成孔径声呐基本原理 声呐接收基 航向 2.1多波束合成孔径声呐基本模型 多波束测深声呐的基阵排布方式一般为接 动轨迹横向 收阵元沿距离向依次直线排布,合成孔径声呐 成像区域 收波束 的收发阵元一般为沿着航迹向直线排列。为了 解决侧扫式合成孔径声呐的不足,笔者融合了 合成孔径声呐和多波束测深声呐的基本模型提 SAS采样过程`目标发射波束 出了一种多波束合成孔径声呐测量模型,能够 图2多波東SAS的基本模型 次性地完成测绘区的全覆盖测绘,不需要额 Fig 2 Basic model of multibeam synthetic aperture sonar 外进行补隙,同时多波束合成孔径声呐能够通 过距离向的波束形成,得到目标回波方向,从而 解算出目标的深度,形成一种三维成像声呐,基22二维多子阵多波束合成孔径声呐阵列 多波束测深声呐多采用Mil'’s交叉的“T”型 本模型如图2所示。多波束合成孔径声呐与多换能器结构,但是当多个目标的斜距相同时,栅瓣 波束测深声呐的最大区别是前者的发射波束沿 会使成像模糊,尤其在对大面积水底地形进行测 航迹向的开角很大,这样在航迹向的不同位置 量时影响显著。在实际的测量中,受到探测机理 波束会多次照射到目标,从而可以通过合成孔 径提高航迹向的分辨能力。 的限制,侧扫式合成孔径声呐测量效率将非常低 在SAS系统中,常采用的方法是在航向使用多个 接收阵列,即多子阵SAS,可以有效地提高测量第１０期 李海森,等:多波束合成孔径声呐技术研究进展 念,并独立开展了利用现有基于单线阵的国产多 波束测深系统进行试验,证明了多波束合成孔径 声呐的可行性,相较于传统多波束测深系统分辨 率具有显著提高,并且能够一次测绘得到全覆盖 测绘的结果,对目标的深度信息、航迹向坐标信息 等有良好的成像效果,可以在保证与侧扫合成孔 径声呐相同航迹向分辨率的前提下有效地提高合 成孔径声呐的距离向分辨率并完成正下方无缝隙 测绘[３７Ｇ３８],成像效果如图１所示.目前正在上述 研究的基础上,开展基于二维面阵的多波束合成 孔径探测机理研究,期望能够获得更好的航迹向 分辨率和有效的提升系统探测效率. 图１ 单线阵多波束合成孔径声呐成像效果图 Fig．１ Imagingeffectsofmultibeamsyntheticaperturesonarbasedonsingleuniformlineararray ２ 多波束合成孔径声呐基本原理 ２．１ 多波束合成孔径声呐基本模型 多波束测深声呐的基阵排布方式一般为接 收阵元沿 距 离 向 依 次 直 线 排 布,合 成 孔 径 声 呐 的收发阵元一般为沿着航迹向直线排列.为了 解决侧扫 式 合 成 孔 径 声 呐 的 不 足,笔 者 融 合 了 合成孔径声呐和多波束测深声呐的基本模型提 出了一种 多 波 束 合 成 孔 径 声 呐 测 量 模 型,能 够 一次性地 完 成 测 绘 区 的 全 覆 盖 测 绘,不 需 要 额 外进行补 隙,同 时 多 波 束 合 成 孔 径 声 呐 能 够 通 过距离向的波束形成,得到目标回波方向,从而 解算出目标的深度,形成一种三维成像声呐,基 本模型如图２所示.多波束合成孔径声呐与多 波束测深声呐的最大区别是前者的发射波束沿 航迹向的 开 角 很 大,这 样 在 航 迹 向 的 不 同 位 置 波束会多 次 照 射 到 目 标,从 而 可 以 通 过 合 成 孔 径提高航迹向的分辨能力. 图２ 多波束SAS的基本模型 Fig．２ Basicmodelofmultibeamsyntheticaperturesonar ２．２ 二维多子阵多波束合成孔径声呐阵列 多波束测深声呐多采用 Mill’s交叉的“T”型 换能器结构,但是当多个目标的斜距相同时,栅瓣 会使成像模糊,尤其在对大面积水底地形进行测 量时影响显著.在实际的测量中,受到探测机理 的限制,侧扫式合成孔径声呐测量效率将非常低. 在SAS系统中,常采用的方法是在航向使用多个 接收阵列,即多子阵 SAS,可以有效地提高测量 １７６３