基于时域顺序排列的多子阵SAS回波信号等效单阵转换方法与流程

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及基于时域顺序排列的多子阵sas回波信号等效单阵转换方法。

背景技术：

针对多子阵sas(合成孔径声纳)声纳成像来说，最直接的方法是采用传统基于收发合置模型的成像算法进行成像处理，这种方法的前提是多子阵sas数据必须转化为类似传统收发合置sas模型的数据。传统方法一般需要采用插值进行数据预处理操作以实现多子阵sas回波数据等效收发合置的转换，制约了成像效率。为提高多子阵回波数据收发合置模式的转换效率，在二维频域补偿收发分置畸变相位后在时域进行顺序排列就能实现多子阵回波数据的收发合置转换。

技术实现要素：

本发明目的在于解决多子阵sas数据的等效收发合置转换，提供基于时域顺序排列的多子阵sas回波信号等效单阵转换方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：基于时域顺序排列的多子阵sas回波信号等效单阵转换方法，包括以下步骤：

s1、针对每个收、发阵元组成的子系统，沿距离维将整个测绘带划分成n个数据块；

s2、针对每个子系统回波数据的所有数据块，利用对应于各数据块中心的收发分置畸变相位，在二维频域进行数据预处理操作；

s3、针对每个收、发阵元组成的子系统，在时域依次提取相位预处理操作后的数据块，并按照顺序依次存储以重组每个子系统的信号；

s4、对各接收阵元的回波数据在方位向上进行顺序排列，就可以实现多接收阵元回波数据等效单阵信号的转换。

作为本发明一个优选的技术方案，所述步骤s1沿距离维将整个测绘带划分成n个数据块，其表达式为：

其中max和min分别表示取最大值、取最小值操作；ceil表示向上取整操作；δr表示数据块宽度，其满足如下条件：单个数据块内收发分置畸变相位的误差须小于π/4，即：

其中表示收发分置畸变相位；rc_n表示第n个数据块中心的距离；fτ、ft分表表示距离向瞬时频率和方位向多普勒频率；fc表示发射信号的中心频率；c、v分别表示水声声速和声纳拖体速度；di表示发射阵元与第i(i∈[1,m])个接收阵元之间的距离；m表示接收阵元数。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述步骤s2针对每个子系统利用对应于各数据块中心的收发分置畸变相位在二维频域进行数据预处理操作，其相位补偿函数为：

其中p(fτ)表示发射信号频谱；*表示复共轭操作；f't表示与系统脉冲重复频率相关的多普勒频率。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述步骤s3在时域依次提取相位预处理操作后的数据块并按照顺序依次存储以重组每个子系统的信号ssⁱ(τ,t)，即：

其中表示针对第i(i∈[1,m])个接收阵元和发射阵元组成子系统的数据，存储的第n(n∈[1,n])个相位预处理操作后的数据块。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述步骤s4针对收发分置畸变相位补偿后的各接收阵元回波信号，在方位向上将各接收阵元的回波数据进行顺序排列，即：

其中ss(τ,t)表示将多子阵sas系统的二维数据转化为等效收发合置sas系统的信号；针在第z(z∈[1,z])个脉冲，sⁱ表示对应于第i(i∈[1,m])个接收阵元回波预处理操作后的数据，这里z表示发射的脉冲总数。完成此步骤后，在距离向频域进行逆匹配处理操作以恢复宽频带特性，其转换方式为：

ss(τ,t)＝ift{p(fτ)·ss(fτ,t)}

其中ss(fτ,t)表示收发合置转换后的信号沿距离向进行傅里叶变换后的结果；ft、ift分别表示傅里叶正、逆变换。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在利用传统收发合置sas成像算法的前提下，能够快速精确实现多接收阵元合成孔径声纳回波信号的收发合置转换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的数据转换流程。

图2为多子阵sas二维成像几何。

图3为本发明的信号转换结果。

图4为图3成像处理后结果。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本实施例所述基于时域顺序排列的多子阵sas回波信号等效单阵转换方法，包括下步骤：针对每个收、发阵元组成的子系统，沿距离维将整个测绘带划分成n个数据块；针对每个子系统回波数据的所有数据块利用对应于各数据块中心的收发分置畸变相位，在二维频域进行数据预处理操作；针对每个收、发阵元组成的子系统，在时域依次提取相位预处理操作后的数据块，并按照顺序依次存储以重组每个子系统的信号；在方位向上对各接收阵元的回波数据进行顺序排列，就可以实现多接收阵元回波数据等效单阵信号的转换；利用发射信号的频谱，在距离向频域进行逆匹配处理操作以恢复宽频带特性。

如图2所示为多子阵sas系统的二维成像几何。图中黑色矩形表示发射阵元，其他矩形表示接收阵元。平台在以速度v前进的过程中，发射阵元同时向正侧视方向以固定的脉冲重复频率发射与位置无关的宽频带信号p(τ)；不失一般性，假设理想点目标的方位坐标为0，如图2所示。经过t时间后，发射阵元在方位向的位置为vt，此时发射阵元与点理想点目标的距离rt(t；r)为

考虑信号接收期间，与发射阵相隔di的第i个接收阵元在方位向上的运动距离为vτi，如图2所示；这里τi表示信号被第i个接收阵元接收时的精确延迟时间。考虑到τi的复杂性，这里采用近似那么理想点目标到第i个接收阵元的实际传播距离为：

信号所历经的双程斜距历程为发射信号的频谱为p(fτ)，对于第i个接收阵元和发射阵元所组成的第i个子系统，基于lbf(loffeld双基公式)方法可计算二维频域系统函数为：

ssi(fτ,ft)＝p(fτ)exp{-jψ(fτ,ft)}·exp{-jψi(fτ,ft)}

其中表示类似于收发合置sas的相位；表示收发分置畸变相位。

沿距离维将整个测绘带划分成n个数据块，其表达式为：

其中max和min分别表示取最大值、取最小值操作；ceil表示向上取整操作；δr表示数据块宽度，其满足如下条件：单个数据块内收发分置畸变相位的误差须小于π/4，即：

其中表示收发分置畸变相位；rc_n表示第n(n∈[1,n])个数据块中心的距离；fτ、ft分表表示距离向瞬时频率和方位向多普勒频率；fc表示发射信号的中心频率；c、v分别表示水声声速和声纳拖体速度；di表示发射阵元与第i(i∈[1,m])个接收阵元之间的距离；m表示接收阵元数。

针对每个子系统利用对应于各数据块中心的收发分置畸变相位在二维频域进行数据预处理操作，其相位补偿函数为：

其中p(fτ)表示发射信号频谱；*表示复共轭操作；ft'表示与系统脉冲重复频率相关的多普勒频率。

在空域依次提取相位预处理操作后的数据块并按照顺序依次存储以重组每个子系统的信号ssⁱ(τ,t)，即：

其中表示针对第i(i∈[1,m])个接收阵元和发射阵元组成子系统的数据，所存储的第n(n∈[1,n])个相位预处理操作后的数据块。

针对收发分置畸变相位补偿后的各接收阵元回波信号，在方位向将各接收阵元的回波数据进行顺序排列，即：

其中ss(τ,t)表示将子阵sas系统的二维数据转化为等效收发合置sas系统的信号；针在第z(z∈[1,z])个脉冲，sⁱ表示对应于第i(i∈[1,m])个接收阵元回波预处理操作后的数据，这里z表示发射的脉冲总数。

在距离向频域进行逆匹配处理操作以恢复宽频带特性，其转换方式为：

ss(τ,t)＝ift{p(fτ)·ss(fτ,t)}

其中ss(fτ,t)表示收发合置转换后的信号沿距离向进行傅里叶变换后的结果；ft、ift分别表示傅里叶正、逆变换。

按照上述步骤处理后可得到类似传统收发合置sas系统的数据，如图3所示，将该数据作为传统距离-多普勒成像算法、线频调变标成像算法以及波数域等各种成像算法的输入，就能够得到聚焦的图像。以传统距离-多普勒成像算法为例，将图3所示的等效单阵数据作为该距离-多普勒算法的输入信号，经过成像处理后的结果如图4所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。