一种基于延时表修正的SAS运动补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于延时表修正的SAS运动补偿方法，本发明专利技术根据运动补偿时无需重新计算延时表，直接将运动误差带来的像素点到实际声纳基阵的斜距误差转换为延时误差，与通过理想延时表中该像素点到理想声纳基阵的回波延时相加，就可以得到实际回波延时，实现运动补偿。该方法可以避免按实际航迹补偿时要反复重新构造延时表带来的庞大的运算量，提高了处理效率。

A SAS Motion Compensation Method Based on Delay Table Modification

【技术实现步骤摘要】
一种基于延时表修正的SAS运动补偿方法
本专利技术属于合成孔径声纳信号处理领域，具体为时域成像算法中一种基于延时表修正的SAS运动补偿方法。
技术介绍
合成孔径声纳(SyntheticApertureSonar：SAS)利用小孔径基阵的匀速直线运动，按一定的脉冲重复频率顺序发射并接收回波信号。对不同时刻、不同位置的回波信号进行相干处理，从而得到高分辨率的声纳图像。时域成像算法的原理是计算成像区域内各像素点到合成孔径范围内声纳基阵之间的双程时延。具有物理意义明确、便于运动补偿等优点，但存在运算量大、计算效率低等问题。而基于延时表的时域成像算法能有效克服上述不足，该方法首先计算出发射阵到成像区域内各像素点的延时，构建延时表，之后对各回波数据套用此延时表，计算成像区域内各像素点的延时信号，叠加得到最终的成像结果。延时表的引入减少了重复计算，大大降低了运算量。运动补偿技术可以通过惯性导航系统等运动测量单元输出的位置与姿态信息得到声纳基阵实时的真实位置，从而求得与点目标的实际回波延时，重新构建延时表逐点成像。若针对不同时刻声纳基阵的真实位置实时重新构造延时表，则将极大地增加成像处理过程的运算量，导致成像时间过长。针对这一问题，本方法提出一种无需重新构造延时表的运动补偿方法。通过计算出实际斜距与理想斜距的误差并将其转换成延时误差，结合原始延时表中的延时信息，就可以获得实际回波延时，从而实现运动补偿。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于延时表修正的运动补偿方法。本专利技术为一种基于延时表修正的SAS运动补偿方法，该方法具体步骤如下：步骤一、SAS发射线性调频信号pR(t)如式(1)所示：式(1)中，“Re()”表示取实部，“exp()”是以自然常数e＝2.71828为底的指数函数，f0是载波频率，K为调频率，t是距离向上时间，Tr是脉冲宽度。正侧视下，计算出理想发射阵位置到成像区域内某像素点(i,j)的斜距Ri,j，如式(2)所示：式(2)中，i＝1,2...LA，LA为成像区域中方位向像素点的个数；j＝1,2...Nt，Nt为成像区域中距离向像素点的个数。xi为像素点(i,j)到发射阵位置的方位向距离，如式(3)所示：xi＝i*d-LAm*d式(3)yj为像素点(i,j)到发射阵位置的距离向距离，如式(4)所示：yj＝(Ts+j/fs)*c/2式(4)式(3)中，d为基阵物理尺寸的一半，LAm＝round(LA/2)，round表示四舍五入。式(4)中，Ts为发射波束到达成像区域中最近端像素点的时间，fs为信号的采样频率，c为声速。步骤二、根据计算出的理想斜距Ri,j，求得像素点(i,j)到发射阵的理想回波延时Δτi.j如式(5)所示：步骤三、在一个合成孔径长度内，计算不同斜距的各个像素点的延时，按式(6)构建延时表。delay(i,j)＝round((Δτi,j-Ts)*fs)式(6)延时表是一个二维的查找表，delay(i,j)值记录了像素点(i,j)在查找表中的位置信息，里面存放着该像素点的延时。步骤四、根据得到的回波延时，对发射信号pR(t)进行延时叠加，因此得到其接收到的回波信号pT(t)如式(7)所示：pT(t)＝Re{exp(j(2πf0(t-Δτi,j)+πK(t-Δτi,j)2))}式(7)步骤五、设载体仅存在平动误差，其横荡误差的大小为Δxi，升沉误差大小为Δyj，目标方位角为θ，则可以计算出理想斜距Ri,j与实际斜距R'i,j的关系，如式(8)所示：步骤六、式(8)中，由于|Δxicosθ-Δyjsinθ|＜＜|Ri,j+Δxisinθ+Δyjcosθ|，可简化处理，Ri,j与R'i,j关系可近似如式(9)所示：R'i,j≈Ri,j+Δxisinθ+Δyjcosθ式(9)所以因未按既定轨迹航行带来的斜距误差Δri,j如式(10)所示:Δri,j＝R'i,j-Ri,j≈Δxisinθ+Δyjcosθ式(10)步骤七、计算出斜距误差Δri,j对应的延时误差Δτ'i,j如式(11)所示：所以实际回波延时τi,j如式(12)所示：τi,j＝Δτi,j+Δτ'i,j式(12)Δτi,j可以从式(6)构造的延时表中得到。步骤八、经误差补偿后，得到接收到的回波信号p'T(t)如式(13)所示，从而完成对回波信号的运动补偿：p'T(t)＝Re{exp(j(2πf0(t-τi,j)+πK(t-τi,j)2))}式(13)。本专利技术的有益效果是：运动补偿时无需重新计算延时表，直接将运动误差带来的像素点到实际声纳基阵的斜距误差转换为延时误差，与通过理想延时表中该像素点到理想声纳基阵的回波延时相加，就可以得到实际回波延时，实现运动补偿。该方法可以避免按实际航迹补偿时要反复重新构造延时表带来的庞大的运算量，提高了处理效率。附图说明图1为SAS延时表生成示意图；图2为SAS运动误差产生示意图；图3运动误差投影到斜距平面示意图。具体实施方式：以下结合附图对本专利技术做进一步说明。一种基于延时表修正的运动补偿方法的具体步骤如下：步骤一、SAS发射线性调频信号pR(t)如式(1)所示：式(1)中，“Re()”表示取实部，“exp()”是以自然常数e＝2.71828为底的指数函数，f0是载波频率，K为调频率，t是距离向上时间，Tr是脉冲宽度。正侧视下，计算出理想发射阵位置到成像区域内某像素点(i,j)的斜距Ri,j，如式(2)所示：式(2)中，i＝1,2...LA，LA为成像区域中方位向像素点的个数；j＝1,2...Nt，Nt为成像区域中距离向像素点的个数。xi为像素点(i,j)到发射阵位置的方位向距离，如式(3)所示：xi＝i*d-LAm*d式(3)yj为像素点(i,j)到发射阵位置的距离向距离，如式(4)所示：yj＝(Ts+j/fs)*c/2式(4)式(3)中，d为基阵物理尺寸的一半，LAm＝round(LA/2)，round表示四舍五入。式(4)中，Ts为发射波束到达成像区域中最近端像素点的时间，fs为信号的采样频率，c为声速。步骤二、根据计算出的理想斜距Ri,j，求得像素点(i,j)到发射阵的理想回波延时Δτi.j如式(5)所示：步骤三、在一个合成孔径长度内，计算不同斜距的各个像素点的延时，如图1所示，并按式(6)构建延时表。delay(i,j)＝round((Δτi,j-Ts)*fs)式(6)延时表是一个二维的查找表，delay(i,j)值记录了像素点(i,j)在查找表中的位置信息，里面存放着该像素点的延时。步骤四、根据得到的回波延时，对发射信号pR(t)进行延时叠加，因此得到其接收到的回波信号pT(t)如式(7)所示：pT(t)＝Re{exp(j(2πf0(t-Δτi,j)+πK(t-Δτi,j)2))}式(7)步骤五、如图2所示，声纳载体在运动过程中受海洋环境的影响，实际航迹和理想航迹并不重合。设载体仅存在平动误差，如图3所示，其横荡误差的大小为Δxi，升沉误差大小为Δyj，目标方位角为θ，则可以计算出理想斜距Ri,j与实际斜距R'i,j的关系，如式(8)所示：步骤六、式(8)中，由于|Δxicosθ-Δyjsinθ|＜＜|Ri,j+Δxisinθ+Δyjcosθ|，可简化处理，Ri,j与R'i,j本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于延时表修正的SAS运动补偿方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一、SAS发射线性调频信号pR(t)如式(1)所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于延时表修正的SAS运动补偿方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一、SAS发射线性调频信号pR(t)如式(1)所示：式(1)中，“Re()”表示取实部，“exp()”是以自然常数e＝2.71828为底的指数函数，f0是载波频率，K为调频率，t是距离向上时间，Tr是脉冲宽度；正侧视下，计算出理想发射阵位置到成像区域内某像素点(i,j)的斜距Ri,j，如式(2)所示：式(2)中，i＝1,2...LA，LA为成像区域中方位向像素点的个数；j＝1,2...Nt，Nt为成像区域中距离向像素点的个数；xi为像素点(i,j)到发射阵位置的方位向距离，如式(3)所示：xi＝i*d-LAm*d式(3)yj为像素点(i,j)到发射阵位置的距离向距离，如式(4)所示：yj＝(Ts+j/fs)*c/2式(4)式(3)中，d为基阵物理尺寸的一半，LAm＝round(LA/2)，round表示四舍五入；式(4)中，Ts为发射波束到达成像区域中最近端像素点的时间，fs为信号的采样频率，c为声速；步骤二、根据计算出的理想斜距Ri,j，求得像素点(i,j)到发射阵的理想回波延时Δτi.j如式(5)所示：步骤三、在一个合成孔径长度内，计算不同斜距的各个像素点的延时，按式(6)构建延时表delay(i,j)＝round((Δτi,j-Ts)*fs)式(6)延时表是一个二维的查找表，delay(i,j)值记...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福洪，江静，易志强，卓怡琳，班多兴，陆宇斌，贺杰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33