本发明涉及声纳，特别涉及一种拖曳线列阵合成孔径声纳系统和探测方法。
背景技术：
1、合成孔径声纳是一种新型的二维成像声纳。它的工作原理与合成孔径雷达相似，利用匀速直线运动的声基阵，形成大的虚拟合成孔径，以提高声纳横向分辨率。具有横向分辨率与工作频率和距离无关的优点、其分辨率比常规侧扫声纳高1至2个量级。合成孔径技术由于其可以实现远距离的高分辨率探测，在海底测绘、水雷探测、水下小目标探测等方面应用广泛。
2、在相关技术中，由合成孔径原理可知，由于水中声波传播速度低，导致必须采用多子阵技术，且多子阵合成孔径声纳的阵长d与探测距离rmax、航行速度v之间需满足以下关系：
3、
4、其中，c为水中声速。因此，当需要进行远距离、较高航速的探测时，就要求有很长的阵列长度。
5、而传统的合成孔径声纳，其用于接收回波信号的子阵阵列通常安装于船体或者潜艇尾部的拖曳体上。受限于船体或者拖拽体的体积，导致子阵列的阵长不可能设置的很长，进而限制了合成孔径声纳的探测距离。
技术实现思路
1、本发明实施例提供了一种拖曳线列阵合成孔径声纳系统和探测方法，能够解决传统合成孔径声纳受拖曳体尺寸限制的问题，提高合成孔径声纳的探测距离。所述技术方案如下：
2、第一方面，本发明实施例提供了一种拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其为主动式合成孔径声纳，且其接收阵采用柔性的拖曳线列阵。
3、可选地，包括发射声源、拖曳线列阵、阵形测量装置和信号处理装置，所述发射声源按照一定的间隔时间发射脉冲声波信号；所述拖曳线列阵为柔性接收水听器阵，用于接收探测目标的回波信号；所述发射声源和拖曳线列阵沿拖曳线列阵布阵方向匀速直线运动；所述阵形测量装置用于测量所述拖曳线列阵中每个阵元的空间位置信息；所述信号处理装置用于在获取所述发射声源的空间位置信息后，计算所述拖曳线列阵中每个阵元的空间位置信息，然后计算在每个所述脉冲声波信号发出到所述回波信号到达所述拖曳线列阵中每个阵元的传播时间，通过时延或相位的补偿，完成所述回波信号的脉间相干叠加，实现合成孔径处理。
4、可选地，所述信号处理装置被配置为能够针对因声速非均匀所导致的所述脉冲声波信号的声线弯曲对所述传播时间的计算进行补偿。
5、可选地，所述发射声源用于安装于载体或者与所述拖曳线列阵一同拖曳于所述载体尾部，所述发射声源被配置为能够向两侧发射相正交的脉冲声波信号。
6、可选地，所述阵形测量装置安装于所述载体或者跟随所述拖曳线列阵拖曳于所述载体尾部。
7、可选地，所述阵形测量装置被配置为能够向所述拖曳线列阵中每个阵元发射多个正交信号，所述拖曳线列阵中每个阵元被配置为能够接收所述多个正交信号，由所述信号处理装置通过所接收的信号解算每个阵元的空间位置信息。
8、可选地，所述拖曳线列阵为光纤水听器或者压电换能器，所述水听器阵中的每个所述阵元为单水听器、三元组水听器或者矢量水听器。
9、第二方面，本发明提供了一种探测方法，基于前述第一方面所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统实现，所述探测方法包括：
10、利用所述发射声源向探测目标发射脉冲声波信号，利用所述拖曳线列阵接收来自所述探测目标的回波信号；
11、利用所述阵形测量装置测量所述发射声源的空间位置信息，并发射正交信号用于测量所述拖曳线列阵中每个阵元的空间位置信息；
12、利用所述信号处理装置计算所述拖曳线列阵中每个阵元的空间位置信息，然后计算从每个所述脉冲声波信号发出到所述回波信号到达所述拖曳线列阵中每个阵元的传播时间，通过时延或相位的补偿，完成所述回波信号的脉间相干叠加，实现合成孔径处理。
13、可选地，所述利用所述信号处理装置基于发射声源和所述拖曳线列阵中每个阵元的空间位置信息，结合所接收到的所述回波信息，从每个所述脉冲声波信号发出到所述回波信号到达所述拖曳线列阵中每个阵元的传播时间，通过时延或相位的补偿，完成所述回波信号的脉间相干叠加，实现合成孔径处理，包括：
14、设左侧换能器阵和右侧换能器阵分别发射的声波信号sl(t)和sr(t)，两者采用频分进行区分，第i个所述水听器接收的所述回波信号为si(t)；
15、对每个所述水听器所接收的左右侧回波信号进行滤波分离，设第m个脉冲、第i个阵元的右侧发射信号的回波信号为ri(m,t)；
16、设第m个脉冲、第i个所述水听器在时间t时在空间的坐标为xi(m；t)，设空间中的所述探测目标t的坐标为xt，则根据声线跟踪或其他声场计算方法，获得第m个脉冲时第i个所述水听器与所述探测目标t之间的传播时延tti(m；xt,t)，所述传播时延可表示为：tti(m；xt,t)＝f[xi(m；t),xt]，
17、其中，f(·)为所述水听器与所述探测目标之间的传播时延计算函数；
18、根据相干叠加的原理，对空间中坐标为t(x,y,z)的所述探测目标，将各个所述发射信号所对应的所有所述水听器接收的所述回波信号进行时移后相干叠加：
19、完成场景中所有所述探测目标的所述回波信号的合成孔径处理，即可获得场景的合成孔径图像。
20、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
21、与传统的合成孔径声纳将用于接收回波信号的子阵阵列安装于船体后方的拖曳体上的形式相比，用于接收探测目标的回波信号的子阵阵列改为拖曳体尾部的柔性拖曳线列阵，通过在拖曳体尾部连接的拖曳电缆上间隔镶嵌设置多个水听器以形成水听器阵对回波信号进行接收。拖曳线列阵的长度相比拖曳体设置更加自由，其阵长可以根据需求延伸数十米至数百米，能够有效解决传统合成孔径声纳受拖曳体尺寸限制的问题，提高合成孔径声纳的探测距离。同时合成孔径声纳对于对接收端阵列的精度要求很高，因此本发明配置了高精度的阵形测量装置。
22、与传统的拖曳线列阵声纳相比，传统的拖曳线列阵声纳只进行单脉冲的处理，通过单个脉冲的信息实现目标的检测；而拖曳线列阵合成孔径声纳则利用脉冲间的相干处理，将多个脉冲的信息进行相干叠加，通过合成孔径处理，提高方位向，也即是沿拖曳线列阵合成孔径声纳运动方向上的分辨率。
1.一种拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其特征在于：其为主动式合成孔径声纳，且其接收阵采用柔性的拖曳线列阵。
2.根据权利要求1所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其特征在于：包括发射声源(22)、拖曳线列阵(26)、阵形测量装置(25)和信号处理装置(12)，所述发射声源(22)按照一定的间隔时间发射脉冲声波信号；所述拖曳线列阵(26)为柔性接收水听器阵，用于接收探测目标的回波信号；所述发射声源(22)和拖曳线列阵(26)沿拖曳线列阵(26)布阵方向匀速直线运动；所述阵形测量装置(25)用于测量所述拖曳线列阵(26)中每个阵元的空间位置信息；所述信号处理装置(12)用于在获取所述发射声源(22)的空间位置信息后，计算所述拖曳线列阵(26)中每个阵元的空间位置信息，然后计算在每个所述脉冲声波信号发出到所述回波信号到达所述拖曳线列阵(26)中每个阵元的传播时间，通过时延或相位的补偿，完成所述回波信号的脉间相干叠加，实现合成孔径处理。
3.根据权利要求2所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其特征在于，所述信号处理装置(12)被配置为能够针对因声速非均匀所导致的所述脉冲声波信号的声线弯曲对所述传播时间的计算进行补偿。
4.根据权利要求2所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其特征在于，所述发射声源(22)用于安装于载体(m)或者与所述拖曳线列阵(26)一同拖曳于所述载体(m)尾部，所述发射声源(22)被配置为能够向两侧发射相正交的脉冲声波信号。
5.根据权利要求4所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其特征在于，所述阵形测量装置(25)安装于所述载体(m)或者跟随所述拖曳线列阵(26)拖曳于所述载体(m)尾部。
6.根据权利要求2所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其特征在于，所述阵形测量装置(25)被配置为能够向所述拖曳线列阵(26)中每个阵元发射多个正交信号，所述拖曳线列阵(26)中每个阵元被配置为能够接收所述多个正交信号，由所述信号处理装置(12)通过所接收的信号解算每个阵元的空间位置信息。
7.根据权利要求2所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统，其特征在于，所述拖曳线列阵(26)为光纤水听器或者压电换能器，所述水听器阵(261)中的每个所述阵元为单水听器、三元组水听器或者矢量水听器。
8.一种探测方法，基于如权利要求2至7任一项所述的拖曳线列阵合成孔径声纳系统实现，其特征在于，所述探测方法包括：
9.根据权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述利用所述信号处理装置(12)基于发射声源和所述拖曳线列阵(26)中每个阵元的空间位置信息，结合所接收到的所述回波信息，从每个所述脉冲声波信号发出到所述回波信号到达所述拖曳线列阵(26)中每个阵元的传播时间，通过时延或相位的补偿，完成所述回波信号的脉间相干叠加，实现合成孔径处理，包括：