合成孔径声纳三维数据仿真研究
三维合成孔径声呐成像系统
三维合成孔径声呐成像系统所属领域：电子信息完成人：张学武等成果简介：系统主要由四个部分组成:湿端组件(拖体)、拖曳系统、信号处理机和控制台，各组成部分之间通过千兆以太网进行通信，协同完成超声波信号的发射、接收、声数据处理、和声图像的成像功能。
控制命令由干端显控台发出，通过光纤传输到湿端组件，湿端数据采集传输和控制中心通过串口与传感器进行通信;采集获得的声数据通过光纤发送到显控台进行处理。
数据采集传输和控制中心的硬件平台包含两块数据采集传输模块和一块控制中心模块。
数据采集板与接收机共用一个水密电子舱；控制中心板与系统电源共用一个水密电子舱。
主要技术指标本三维合成孔径声呐成像系统具有数据采集、传输与控制功能，其主要技术指标如下:(1)同步触发信号最高支持256路16bit AD同步采样，采样频率等于100kHz。
(2) AD采集差分输入，输入信号动态范围-1.625~1.625V。
输出通道幅度不一致性小于1dB，相位不一致性小于3度，通道噪声小于1mV(有效值)。
(3)传感器数据、控制命令与AD采集数据通过千兆以太网信号经控制中心电光转换后，进行单模光纤传输。
(4)湿端数据采集传输模块为+5. 7V直流电源供电，每个模块电流4A，电源输出纹波峰峰值电压≤100mV。
(5)数据采集功能分为两块电路板完成，每块电路板完成128通道数据采集，通过母板与接收机连接，每块板配置温度传感器芯片。
(6)通过串口接收信号采集板转发的显控台控制命令，进行命令解析和分包，再通过各串口分别发送各种对应的控制命令和设置参数给控制电机和各个传感器。
(7)提供3路线性调濒脉冲信号的发射信号源，DA频率大于200kHz。
信号形式:1路15kHz-30kHz正调频脉冲；1路6kHz-15kHz正调频脉冲；1路6kHz-15kHz 正调频脉冲或15kHz-6kHz反调频脉冲。
信号幅度3.3V, 1.65V, 0.825V,0.4125V可调，脉冲宽度5ms,10ms, 20ms可调。
声呐图像的三维重建技术研究
声呐图像的三维重建技术研究声呐技术是一种无创性、安全可靠的医疗检测手段，能够在人体内部获得高分辨率的图像信息，发挥了在医学、生物医学等领域的重要作用。
然而，传统的声呐图像是二维的，只有一个截面信息，难以准确还原三维模型信息。
因此，声呐图像的三维重建技术研究也成为了目前医疗影像领域的研究热点之一。
一、三维重建技术的应用声呐图像三维重建技术在医疗诊断、治疗方案制定、手术规划等方面都有着广泛的应用。
例如，对于心脏病的诊断，三维重建技术可以通过重建立体实体模型，通过旋转、放大等操作判读心脏病发生部位、大小、形态特征等重要信息，对病情进行全面评估。
在骨科手术规划中，医生可以通过重建患者受伤部位的三维模型，对手术范围、操作角度等进行合理规划，术前精确确定手术的困难程度、手术时间和术后的修复进程。
二、三维重建技术的发展历程早在20世纪90年代，人们开始尝试使用三维重建技术研究声呐图像的三维结构。
最初的方法是通过单张不同角度的二维图像叠加，最终形成三维模型。
但是由于这种方法耗时长且图像信息不准确，限制了进一步的应用。
随着数字成像技术的发展，更高精度、更高效率的三维重建技术应运而生。
目前主要的三维重建技术包括基于成像图像的方法和基于声信号的方法。
三、基于成像图像的三维重建技术基于成像图像的三维重建技术是通过对多个二维图像进行合成，构建成三维模型。
这种技术需要获取多张图像，而且需要确保拍摄角度不同，增加图像间的差异性。
这种方法可以通过多个诊断仪器进行图像采集，例如核磁共振、CT、X光等仪器。
通过对这些成像技术得到的图像进行重建，可以得到具有高精度的三维模型。
四、基于声信号的三维重建技术基于声信号的重建技术是通过对声信号的处理和分析，重建出三维模型。
这种技术需要先将声信号转换成二维图像，然后再基于多个二维图像构建成三维模型。
这种方法可以通过超声波成像仪器进行采集，该仪器可以捕获到三维声波反射信息。
通过对反射信息进行处理和分析，可以形成高精度的声呐图像三维重建模型。
三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望
2021年 第1期海洋开发与管理49三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望郎诚1,茅克勤1,向芸芸2(1.浙江省海洋科学院 杭州 310000;2.自然资源部第二海洋研究所 杭州 310012)收稿日期:2020-07-20;修订日期:2020-08-18基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目 土地资源约束下海岛系统的适应性管理研究 (41506140);自然资源部第二海洋研究所及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(J G 1719).作者简介:郎诚,助理工程师,硕士,研究方向为声学成像和海洋装备研发通信作者:茅克勤,高级工程师,硕士,研究方向为海洋测绘和地理信息系统摘要:为提高我国海底掩埋目标的探查技术,以适应不断发展的探测需求,文章综述了现有三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状,并对关键技术的发展方向进行了展望㊂结果表明:尽管三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中具有较大的技术优势,但是由于技术难度大㊁复杂程度高,可提供成熟商用设备的单位仅有两家,中科探海研发的三维合成孔径声呐系统多项核心技术指标领先㊂运动误差估计和补偿技术,掩埋目标特征提取和识别分类算法,多通道大规模数据并行处理算法等关键技术将成为三维合成孔径声呐系统未来的发展方向㊂关键词:掩埋目标;合成孔径声呐;三维S A S ;海底探测装备;声学成像中图分类号:T H 766;T B 565.2 文献标志码:A 文章编号:1005-9857(2021)01-0049-04T h eA p p l i c a t i o n s a n dP r o s p e c t o f 3DS y n t h e t i cA pe r t u r e S o n a r S y s t e mi nB u r i e dT a r ge t sD e t e c t i o n L A N GC h e n g 1,MA O K e q i n 1,X I A N G Y u n yu n 2(1.Z h e j i a n g A c a d e m y o fM a r i n eS c i e n c e ,H a n gz h o u310000,C h i n a ;2.S e c o n d I n s t i t u t e o fO c e a n o g r a p h y ,MN R ,H a n gz h o u310012,C h i n a )A b s t r a c t :F o r t h e p u r p o s eo f i m p r o v i n g t h ed o m e s t i c t e c h n o l o g y o nb u r i e dt a r g e t sd e t e c t i o n ,a n d m a t c h i n g i n c r e a s i n g d e m a n d so f s u b m a r i n ed e t e c t i o n ,t h i s p a p e r r e v i e w e dt h ea p pl i c a t i o n so f 3D s y n t h e t i c a p e r t u r e s o n a r s y s t e mo nb u r i e d t a r g e t s d e t e c t i o n ,a n d p r o s p e c t e d t h e f u t u r e d i r e c t i o n o f t h e c o r e t e c h n o l o g i e s .I tw a s f o u n d t h a t :t h e r e a r eo n l y t w oc o r p o r a t i o n s p r o v i d i n g d e v e l o p e d3D S A Sd u et ot h eh i g hc o m p l e x i t y a n dd i f f i c u l t y i nd e s i g n i n g a n di m p l e m e n t a t i o n ,d e s p i t eo f i t s g r e a t a d v a n t a g e s i n b u r i e d t a r g e t s d e t e c t i o n ;m a n y p a r a m e t e r s o f t h e 3DS A S p r o d u c e d b y T-S E A M a r i n eT e c h n o l o g y C o .,L t d .a r e a h e a do f t h e c o m p e t i t o r ;m o t i o n e r r o r e s t i m a t i o n a n d c o m p e n s a -t i o n ,b u r i e d t a r g e t s f e a t u r e e x t r a c t i o n a n d c l a s s i f i c a t i o n a l g o r i t h m ,a n dm u l t i -c h a n n e l p a r a l l e l p r o -c e s s i n g a l g o r i t h mf o r l a r g e -s c a l e d a t aw o u l db e t h e f u t u r e d i r e c t i o no f 3DS A S .K e yw o r d s :B u r i e d t a r g e t s ,S y n t h e t i c a p e r t u r e s o n a r ,3DS A S ,S u b m a r i n e d e t e c t i o n ,A c o u s t i c a l i m a -g i n g50海洋开发与管理2021年0引言随着海洋科技和海洋经济的深入发展,对海洋的认知和开发已遍布海洋的各个区域,对探查装备的能力需求越来越高,要求探查装备的探测能力从近海延展到中远海,从水中悬浮㊁沉底目标扩展到海底以下地质层或掩埋物体㊂与此同时,随着海洋经济的快速发展,海底通信光缆㊁海底供电电缆㊁海岛之间的输水和输气等水下管道等铺设量也越来越大,而且这些基础工程都是关乎国计民生的重大事项㊂现在海底管道和线缆均采用掩埋的方式铺设,所以在后期的管缆路由探查和维护工作中,被掩埋的管缆目标的精确探测需求越来越迫切㊂目前,可用于掩埋目标探查的技术主要包括浅地层剖面仪㊁二维合成孔径声呐和三维合成孔径声呐等[1-2]㊂浅地层剖面仪目前在传统的作业方式中应用最为广泛[3-7],但其主要问题在于开角非常窄,只能横穿掩埋目标作业㊂另外浅地层剖面仪对小的掩埋目标(比如直径20c m以内的管缆㊁光缆㊁普通的掩埋目标等)均无法探测㊂合成孔径声呐的概念最早由美国的R a y t h o n 公司在20世纪60年代提出[8],其基本思想是对小孔径基阵沿直线运动过程中记录的接收信号进行孔径合成处理,从而达到虚拟大孔径基阵的方位分辨力效果,在高分辨海底成像领域有着潜在的应用前景㊂1合成孔径声呐1.1二维合成孔径声呐早期二维合成孔径声呐的研究主要集中于侧扫式合成孔径声呐,只能形成目标的二维图像,无法给出深度信息[9]㊂而在海底掩埋目标的位置探测时,掩埋目标埋深这一判断管缆目标安全状态的关键信息至关重要[10]㊂因此,二维合成孔径声呐在实际应用中无法完全满足工程需求㊂三维合成孔径声呐技术在此背景下应运而生㊂1.2三维合成孔径声呐三维合成孔径声呐技术最早由G r i f f i t h[11]通过干涉法在水池中试验成功,并逐步获得研究学者的关注[12-14]㊂但是干涉式合成孔径声呐的三维图像是通过多幅二维图像重建获得,并非目标的真实三维成像,因此无法完成对目标的高精度测深[15]㊂21世纪初,为克服干涉式合成孔径声呐的这一缺点,日本学者A s a d a等[16]基于多波束测深声呐技术,提出了多波束合成孔径声呐,并在试验中获得了良好效果㊂国内,哈尔滨工程大学和中国科学院也对三维合成孔径声呐技术开展了早期研究[17-18],并奠定了一定的理论基础㊂由于在三维成像上所具有的显著优势,多波束合成孔径声呐使得海底掩埋目标探查技术装备的研究与开发重点聚焦于多波束合成孔径声呐㊂2三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状由于多波束合成孔径声呐在三维成像上的显著优势,应用于掩埋目标探查的设备多基于多波束原理设计开发㊂目前成熟商用的三维合成孔径声呐仅有加拿大的P a n g e o公司的S B I(S u bB o t t o m I m a g e r)型三维合成孔径声呐和我国中科探海海洋科技有限责任公司(以下简称中科探海)设计生产的下视三维合成孔径声呐㊂2.1S B I型三维合成孔径声呐加拿大P a n g e o公司生产的S B I型三维合成孔径声呐,研发始于2008年,2010年完成了对海底掩埋的高压直流输电(HV D C)电缆的验证,主要技术参数如表1所示,2011年正式进入商用领域,完成了大量的实际应用㊂表1加拿大P a n g e o公司S B I系统主要技术参数[19]参数名称参数数值阵元数目40个最大埋深7m航数<2k n探测距底高度数距海床垂直高度3.5mʃ0.5m作业深度3~1000m尺寸1.8mˑ1.85m(可展开至3.4mˑ1.85m) S B I型三维合成孔径系统采用5ˑ8的水听器阵列,可4~14k H z多个频段扫描探测,可安装于水下机器人上作业㊂该系统在线性探测时,探测宽度可以到5m,并在长度方向上连续探测数千米㊂第1期郎诚,等:三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望51 而在进行区域探测时,可以在探测结束后对探测结果进行组合,形成整个区域的完整探测成像㊂2.2 中科探海三维合成孔径声呐2.2.1 产品概述中科探海在2016年开始了下视三维合成孔径声呐的研制工作,并于2018年推出可商用的产品㊂与加拿大产品相比,该公司研制的三维合成孔径声呐系统,突出优点是同时集成了下视三维合成孔径声呐㊁下视多波束声呐㊁侧视声呐等三部声呐分机,采用模块设计,可根据不同要求灵活组合,满足不同任务场景以及安装需求㊂其中下视三维合成孔径声呐可获得水体㊁海底㊁海底以下掩埋层等全海深的三维声呐数据,下视多波束声呐可获得海底高精度地形数据,侧视声呐可获得海底高精度的地貌数据㊂利用不同声呐的成像特性,可获得目标的多维度特征信息,可提供水下悬浮㊁沉底和掩埋目标的高清影像㊁目标位置㊁目标埋设深度以及水下高精度三维地层等多种信息,对目标的辨别㊁埋深的精确测定㊁路由走向㊁海底环境信息等均可获得高质量成果,极大地促进海底电缆和管线的成像和信息提取㊂该系统可满足用户水下环境探查㊁水下目标搜索㊁航道整治复勘㊁护堤结构复勘㊁桥墩监测㊁救捞㊁应急㊁油气管线路由勘察㊁光缆电缆勘察(路由+埋深+地层等功能)㊁三维精细地层结构㊁水下其他各类成像等多种使命任务的需求㊂2.2.2 产品性能中科探海三维合成孔径声呐系统的主要技术参数如表2所示㊂通过与加拿大P a n g e o 公司产品的技术参数对比可以看出其在分辨率㊁探掩埋深度㊁工作航速等指标上具有绝对优势㊂表2 中科探海三维合成孔径声呐系统主要技术参数[20]参数名称参数数值像素精度2c mˑ2c mˑ2c m最高工作航速6k n最大工作水深300m埋深测量精度10c m 最大可探测掩埋目标埋深(泥底)直径5c m 电缆埋深5m ;沉船埋深10m ;浅地层剖面深度30m续表参数名称参数数值最大探测范围掩埋目标:正下方90度;沉底目标和悬浮目标:正下方140度(下视)/双侧各45度(侧视)下视三维阵元数量A 型432个;B 型288个;C 型96个下视多波束最大波束数物理波束192个;数字波束1400个最大量程150m质量A 型ɤ400k g ;B 型ɤ250k g ;C 型ɤ100k g尺寸A 型:1.8mˑ1.4mˑ0.2mB 型:1.5mˑ1.2mˑ0.2mC 型:1.2mˑ0.7mˑ0.2m2.2.3 产品系列中科探海三维合成孔径声呐系统目前有A ㊁B ㊁C3个系列[20-21]㊂A 系列产品为拖曳式产品㊂适用于深水水域,工作时通过调整拖缆长度的方式,来调整拖体在水中的深度,使声呐距底高度处于良好工作状态,满足较深水域水下悬浮㊁沉底和掩埋目标探测的需求㊂接收阵列采用3行6列模块配置,共432个阵元㊂B 系列产品为大型框架式安装,适用于测量船船底安装或船侧挂载㊁水面大型无人船船底安装等,其接收阵列采用3行4列模块配置,共288个阵元㊂C 系列产品为小型框架安装,体积小㊁搭载方便,适用于小型测量船船侧挂载,作业方便㊁迅捷㊂可对浅海海底掩埋目标进行高清晰三维成像㊂接收阵列采用1行4列的模块配置,共96个阵元㊂3 结语本研究主要对三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状及现有成熟设备的应用情况进行综述㊂尽管三维合成孔径声呐系统在海底掩埋探查中具有良好的成像性能,但由于该系统的开发难度大㊁复杂程度高,市面众多研究单位中,仅有两家可提供成熟的商用产品㊂目前,三维合成孔径声呐系统已能基本满足当下的作业需求,然而海52海洋开发与管理2021年洋科技㊁海洋经济的深入发展对三维合成孔径声呐系统提出了新的技术需求:(1)运动误差估计和补偿技术:与无人平台合作进行高度自动化作业是三维合成孔径声呐系统未来的发展方向,而无人平台姿态变化对其成像精度和目标定位精度影响较大,因此必须发展基于G P S㊁超短基线㊁惯导等多数据源的运动误差估计和补偿技术㊂(2)掩埋目标特征提取和识别分类技术:实现掩埋目标物目标特征提取和识别分类是一体化探测无人平台智能探测的基础㊂对水下目标的正确分类与识别建立在有效的特征提取技术上,特征提取是目标识别过程中的关键,它直接影响到目标识别的效果㊂(3)多通道㊁大规模数据并行处理算法:随着对探测深度和探测分辨率的要求越来越高,阵列也变得越发庞大,未来阵列的通道数量可达到数百路,这就对数据采集和处理提出了较高要求,尤其在处理实时成像时,对电子系统和成像算法的要求更高㊂参考文献[1]路晓磊,张丽婷,王芳,等.海底声学探测技术装备综述[J].海洋开发与管理,2018,35(6):91-94.[2]宋帅,周勇,张坤鹏,等.高精度和高分辨率水下地形地貌探测技术综述[J].海洋开发与管理,2019,36(6):74-79. 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合成孔径声呐成像算法之CS算法仿真研究
合成孔径声呐成像算法之CS算法仿真研究
陈丽;张福洪
【期刊名称】《计算机科学与应用》
【年(卷),期】2016(006)003
【摘要】距离多普勒算法是最为广泛的成像算法,但是存在两点不足:第一,当使用较长的核函数提高距离徙动精度时,运算量较大;第二,距离压缩对方位频率的依赖性难解决。
Chirp Scaling算法(CSA)运用Papoulis提出的Scaling原理,通过相位相乘代替时域插值来完成随距离变化的RCMC,同时解决了距离压缩中对方位频率的依赖问题。
【总页数】6页(P178-183)
【作者】陈丽;张福洪
【作者单位】[1]杭州电子科技大学,浙江杭州;;[1]杭州电子科技大学,浙江杭州【正文语种】中文
【中图分类】TN95
【相关文献】
1.合成孔径声呐多接收阵数据融合CS成像算法 [J], 张学波;唐劲松;钟何平
2.合成孔径雷达成像RD算法仿真实验 [J], 黄峣;尹春雷;程潇
3.合成孔径声呐目标成像算法研究 [J], 王莹;赵春晖
4.异构环境下的多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法 [J], 钟何平;唐劲松;黄攀
5.基于OpenMP的高效多子阵合成孔径声呐距离多普勒成像算法 [J], 钟何平;黄攀;唐劲松
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基于matlab的合成孔径声纳回波快速仿真方法
摘
要
∗
天津
武汉
300042）
430033）
论文针对合成孔径声纳原始回波仿真效率低的问题，提出了一种共享内存环境下的合成孔径声纳回波快速仿
真方法。在分析串行回波仿真算法并行性的基础上，基于 Matlab 科学计算平台构建合成孔径声纳回波仿真算法，在 Matlab
中引入 OpenMP 并行计算，解决了多核效率利用低，原始回波生成速度慢的问题。试验结果表明：并行回波仿真算法在保持
allel Computing Toolbox），为完成并行计算，Matlab
提供了一系列的并行结构，其中最常用的为 parfor
a fast synthetic aperture sonar echo simulation method is built on the scientific calculations platform based on Matlab. By introduc⁃
ing the OpenMP parallel computing in Matlab，the low efficiency of multi-core and low speed of raw echo generation are both
∗
收稿日期：2019 年 6 月 12 日，修回日期：2019 年 7 月 25 日
基金项目：国家自然科学基金项目（编号：61671461）资助。
作者简介：杨杰，男，研究方向：信号处理和并行计算。马梦博，男，博士研究生，研究方向：合成孔径成像。钟何平，
男，博士，讲师，研究方向：并行计算及信号与信息处理。
总第 306 期
Vol. 39 No. 12
合成孔径雷达目标识别与仿真研究
合成孔径雷达目标识别与仿真研究合成孔径雷达目标识别与仿真研究摘要：合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种以主动方式获取地面图像的遥感技术，具有高分辨率、全天候、全天时等优点，被广泛应用于土地资源调查、灾害监测、军事侦察等领域。
本文针对合成孔径雷达的目标识别与仿真问题进行了研究。
文章首先介绍了合成孔径雷达的基本原理和特点，接着详细分析了合成孔径雷达图像中的目标特征，包括散射机制、杂波和布告等。
然后，本文通过仿真实验，从目标尺度、角度等方面对合成孔径雷达的目标识别效果进行了研究。
最后，本文探讨了合成孔径雷达技术的发展趋势和应用前景。
关键词：合成孔径雷达；目标识别；仿真研究；散射机制；目标特征；应用前景一、引言合成孔径雷达是一种重要的地面目标识别技术，具有高分辨率、全天候、全天时等优点，被广泛应用于土地资源调查、灾害监测、军事侦察等领域。
为了实现高效率的目标识别与仿真，需要对合成孔径雷达的原理和目标特征进行深入研究。
本文旨在通过对合成孔径雷达目标识别与仿真的研究，为相关领域的科研人员提供参考。
二、合成孔径雷达的基本原理和特点合成孔径雷达是利用累积多个狭窄波束的回波信号进行综合处理的一种无源遥感技术。
它的工作原理是通过发射连续的微波脉冲，然后接收并记录脉冲回波信号，通过对这些信号进行处理和合成，得到高分辨率的图像信息。
合成孔径雷达具有全天候、全天时的能力，无论昼夜、晴雨、云雾，都能够实现高质量的成像。
三、合成孔径雷达图像中的目标特征合成孔径雷达图像中的目标特征主要包括散射机制、杂波和布告。
目标的散射机制决定了其回波信号的功率、相位和极化等特性，通过分析和处理这些特性可以实现目标的识别。
杂波是合成孔径雷达图像中除目标信号外的无用信号，其强度的大小和分布规律会影响目标的分辨率和识别性能。
布告是由于合成孔径雷达的工作方式和地面杂波等因素造成的频谱失真，对目标探测和识别造成一定的影响。
一种基于模型的合成孔径声呐图像目标快速识别方法
一种基于模型的合成孔径声呐图像目标快速识别方法朱兆彤;彭石宝;许稼;许肖梅【摘要】针对基于合成孔径声呐(SAS)图像目标识别的先验模板获取困难、运算复杂度高的问题，该文提出一种基于模型的改进型相关快速识别方法。
首先，基于构造凸壳估计目标姿态角，实现目标成像几何关系的估计；其次，提出改进的基于隐藏点移除的目标图像快速生成方法，可实时得到各备选目标对应成像几何关系的仿真图像；进而基于图像相关实现目标图像识别；最后，仿真实验证明了算法的有效性。
仿真实验结果表明，相比于常规的直接模板识别方法，该方法识别率高，计算速度快。
%A modified model-based method is proposed to obtain sufficient prior templates and reduce the computational complexity on Synthetic Aperture Sonar (SAS) automatic target recognition. First, a quick method based on build convex hull is proposed to estimate the target pose quickly as well as the SAS imaging geometry for the specified target. Second, an improved method based on Hidden Point Removal (HPR) algorithm is proposed to obtain the target SAS simulation image effectively. Accordingly, the target recognition is realized by the correlation between the test image and the simulated image. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by the simulation experiment. It is shown that the proposed method can achieve higher computational efficiency than the conventional direct templet-based method, but remain the same high recognition rate.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】6页(P1857-1862)【关键词】合成孔径声呐;目标自动识别;模型识别;姿态角估计;仿真模板【作者】朱兆彤;彭石宝;许稼;许肖梅【作者单位】厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门 361005;清华大学电子工程系北京 100084;北京理工大学信息与电子学院北京 100081;厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门 361005【正文语种】中文【中图分类】U666.71 引言合成孔径声呐（SAS）能够获取水下观测场景和目标高分辨率的图像，在民用和军事领域均得到了广泛的应用，如在水下考古、海底资源勘探、海底情报侦察等水下目标识别场所。
旋转式合成孔径雷达三维成像方法研究
旋转式合成孔径雷达三维成像方法研究旋转式合成孔径雷达三维成像方法研究摘要：旋转式合成孔径雷达（SAR）是一种常用于地球观测和目标识别的雷达成像技术。
本文着重研究了旋转式SAR的三维成像方法，包括数据采集、图像处理和解算方法。
通过实验验证了这种新的成像方法的有效性和可行性。
该研究对于提高SAR成像精度、改善目标识别能力具有重要意义。
1. 引言合成孔径雷达是一种利用辐射源和接收器之间的运动来合成大孔径的雷达成像技术。
旋转式合成孔径雷达是一种常用的形式，通过旋转雷达天线实现三维成像。
如何提高SAR的分辨率和成像精度一直是雷达成像领域的研究热点。
本文将针对旋转式合成孔径雷达的三维成像方法进行探讨。
2. 旋转式合成孔径雷达数据采集旋转式合成孔径雷达的数据采集是成像的第一步。
在数据采集过程中，雷达天线将以一定的角速度进行旋转。
采集到的数据分为多个角度的数据集。
为了保证成像的一致性，需要进行距离和位置的校准。
此外，还需考虑地球自转对数据采集过程的影响。
3. 旋转式合成孔径雷达图像处理旋转式合成孔径雷达的图像处理是实现三维成像的关键环节。
首先，需要对采集到的数据进行预处理，包括去除噪声、校正距离和位置。
然后，将多个角度的数据集进行配准处理，使得它们对应同一时间点的目标。
最后，采用合成孔径雷达的成像算法进行图像重建。
4. 旋转式合成孔径雷达解算方法旋转式合成孔径雷达的解算方法是实现三维成像的重要手段。
通过对合成孔径雷达的工作原理进行分析，可以得到距离、角度和速度解算的基本原理。
此外，还需考虑信号多普勒频移、多普勒率非均匀等因素对解算的影响。
根据这些原理，可以设计出相应的解算方法，实现目标的精确定位和成像。
5. 实验验证与结果分析通过对实际采集到的数据进行实验验证，可以验证旋转式合成孔径雷达的三维成像方法的有效性和可行性。
通过与传统SAR 成像方法进行对比分析，可以评估新方法的优劣之处。
实验证明，旋转式合成孔径雷达的三维成像方法具有更高的分辨率和精度，可以有效提高雷达成像的识别能力。
合成孔径声呐运动误差的分析及补偿研究
【 关键词】 多普勒 中心；多普 勒调 频率 ；运 动参数 ；运动补偿 【 中图分类号】 Ｔ １ ． Ｎ９ １ ７ 【 文献标识码 】Ａ
Ａｎ ｌｓｓ ａ ｄ Ｃｏ ｐ ｎ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｙ ｔ ｅ ｉ ｅ ｔ ｒ ｏ ａ ｏ ｉ ｎ Ｅｒ ｏ ａ ｙ ｉ ｎ ｍ ｅ ｓ ｔ ｓ ａ ｃ ｆ Ｓ ｎ ｈ ｔ Ａｐ ｒｕ ｅ Ｓ ｎ ｒ Ｍ ｔ ｒ ｒ ｏ ｃ ｏ Ｗ ＡＮＧ － ａ Ｘｕ ｙ ｎ， Ｓ Ｃ ａ ＵＮ ｈ ｏ，Ｌ Ｕ ｉ ｇ Ｉ Ｂ ｎ
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文章 编 号 ：０ ２ ８８ （０ ６ ０ － ０ ８ ０ １ ０－ ６ ４ ２０ ）８ ００ － ３
合成孔径声呐运动
・
论文・
（ 西北 工 业 大 学 声 学 工 程研 究 所 ， 陕 西 西 安 ７ ０ ７ ） １０ ２
【 摘 要】对合 成孔径声 呐的运动误差进行 了三维建模 ， 分析 了 ， ， ｌ ｚ方向 ３种位 置误差对斜 距的影响 ； 出 了基 ， 给
于 运 动 参 数 估 计 的运 动 补 偿 方 法 ， 对 侧 摆 误 差 模 型进 行 了计 算 机 仿 真 ， 真 结 果 表 明 该 方 法有 效 地 补 偿 了包 络 并 仿
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合成孔径声纳技术的研究进展及未来_张春华
合成孔径声纳技术的研究进展及未来张春华 刘纪元（中国科学院声学研究所，北京 100080 ）The current developments and future of Synthetic Aperture SonarChunhua Zhang，Jiyuan Liu（Institute of Acoustics， Chinese Academy of Science Beijing 100080，China）Abstract: The background, principle, and applications of synthetic aperture sonar are presented in the paper. Current status of international developments is described and special attentions are paid to SAS study in China. Moreover, the future of Synthetic Aperture Sonar is discussed. Keywords：imaging Sonar, Synthetic Aperture Sonar, image reconstruction关键词：声纳成像，合成孔径声纳，图像重建1. 合成孔径声纳的产生背景合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar, 简称SA S）的原理研究从二十世纪六十年代开始。
美国Raytheon公司于1967年提出关于SAS可行性的报告，Walsh于1969年申请了第一个SAS专利。
但当时主流观点认为有两个因素使得水下成像不适合合成孔径处理，这种观点在一段时间内对SAS的发展带来了消极影响。
第一个因素是水声信道，特别是浅海水声环境条件不理想，同空气中电磁波工作环境相比，是更为“敌意”的媒质，回波信号的相干性能否支持合成孔径处理是个问题。
识别与合成三维声场的算法及应用研究
识别与合成三维声场的算法及应用研究随着虚拟现实技术的广泛应用，音频在虚拟环境中的重要性不断凸显。
传统的音频录制与播放只提供了二维声场，即音频的“左右”、“前后”方向。
然而，在虚拟现实应用场景下，用户需要感知到更加真实的声音场景，比如听到飞行器从上方飞过或听到自行车从后方经过。
因此，识别与合成三维声场成为虚拟现实技术中不可或缺的一部分。
一、三维声场的定义和传播三维声场即声波在三维空间中传播形成的声音场景，其中涉及的声音特征主要包括声源的位置、方向、大小和形状等。
在虚拟现实技术中，三维声场的表现形式通常是用头戴式耳机或扬声器阵列来模拟人耳的听觉系统，提供用户全方位的立体感知。
三维声场在虚拟现实领域的应用非常广泛，比如虚拟现实游戏、音乐演出、电影制作等。
二、三维声场识别的方法三维声场的识别一般分为两种，分别为传统的物理模型方法和深度学习方法。
其中，物理模型方法是通过预先建立空气传播模型，计算声波传播过程中衰减和声源位置间的距离关系来模拟声音场景。
深度学习方法则是通过训练神经网络，直接将输入的声音数据与对应的声源位置、大小、形状等特征进行匹配，从而达到三维声场的识别。
三、三维声场合成的方法三维声场的合成也分为两种方法，分别为波场合成和深度学习合成。
波场合成法是在空气传播模型的基础上，将多个声源的波形数据相加得到合成声音。
而深度学习合成则是通过训练神经网络，将保真合成技术应用到三维声场合成中，以实现高保真合成。
四、三维声场技术在虚拟现实中的应用三维声场技术在虚拟现实中的应用非常广泛，比如在虚拟现实游戏中，可以通过三维声场实现更加真实的游戏体验；在虚拟现实音乐演出中，可以通过三维声场模拟多个演出乐器的位置与音色，实现更加沉浸式的音乐表演；在虚拟现实电影制作中，可以通过三维声场模拟电影中的不同场景，增强观众的观影体验等。
五、三维声场技术的未来发展随着虚拟现实技术的不断发展，三维声场技术也在不断升级和完善。
在未来，三维声场技术可能会更深入地融入虚拟现实技术，比如通过人工智能技术实现更加智能的声音识别和合成，把虚拟现实体验推向更高的层次。
基于三维空间数据模型的AUV前视声呐视域探测仿真研究的开题报告
基于三维空间数据模型的AUV前视声呐视域探测仿真研究的开题报告一、研究背景随着近年来无人水下航行器（AUV）的迅速发展，前视声呐作为AUV探测的重要手段，具有其独特的优势和应用价值。
前视声呐可以直接获取水下目标的声学信息，并且可以对目标进行高精度测量和跟踪，因此广泛应用于水下勘探、海洋环境调查、水下工程等领域。
目前，前视声呐探测主要依赖于声呐系统的技术参数和工作状态，因此提高声呐系统的效能和性能是提高前视声呐探测精度和效果的关键。
AUV前视声呐的视域探测是其探测效果的重要因素之一，它可以直接决定AUV是否能发现水下目标。
然而，由于水下环境的复杂性和AUV 的运动特点，前视声呐的视域探测过程非常复杂，需要通过仿真分析对其性能进行评估和优化，以提高前视声呐探测的准确性和效率。
二、研究内容和目标本研究旨在建立一种基于三维空间数据模型的AUV前视声呐视域探测仿真系统，研究AUV在不同工况下的前视声呐视域探测过程，并探索对其性能进行优化的方法与途径。
主要研究内容包括以下几个方面：1. 构建三维空间数据模型：建立基于水下地形、障碍物、水流以及水质等要素的三维空间数据模型，为后续AUV前视声呐视域仿真提供数据支撑。
2. 建立AUV运动模型：建立AUV运动模型，模拟其在水中的运动和姿态变化，以及相应的运动参数和状态变量，为后续仿真分析提供输入。
3. 建立声呐探测模型：建立前视声呐探测模型，包括声场传输模型、接收模型和目标反射模型等，计算声波在水中的传播和衰减情况，分析声呐在不同工况下的视域探测范围和效果。
4. 仿真分析和优化：基于以上模型，分别对AUV在不同工况下的前视声呐视域探测过程进行仿真分析，在此基础上探索优化前视声呐探测效率和精度的方法和途径。
本研究的主要目标是建立一种可靠、高效的AUV前视声呐视域探测仿真系统，为AUV前视声呐探测性能的评估和优化提供支持和参考，促进AUV前视声呐技术的发展和应用。
三、技术路线和方法本研究主要采用以下技术路线和方法：1. 三维空间数据建模：采用先进的三维建模技术，整合水下地形、障碍物、水流和水质等要素，生成精细、实时的三维空间数据模型。
合成孔径声呐成像算法之CS算法仿真研究
合成孔径声呐成像算法之CS算法仿真研究Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2016, 6(3), 178-183 Published Online March 2016 in Hans.Synthetic Aperture Sonar Imaging Algorithm—The Study and Simulation of CS AlgorithmLi Chen, Fuhong ZhangHangzhou Dianzi University, Hangzhou ZhejiangReceived: Mar. 8th, 2016; accepted: Mar. 26th, 2016; published: Mar. 29th, 2016Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).AbstractRange Doppler algorithm is the most extensive imaging algorithm, but it has two shortcoming:Firstly, When you use a longer kernel function to improve the accuracy of distance migration, it will cause a lot of computation burden; secondly, the compression of distance is dependency for the frequency of azimuth. The CSA uses the principle of scaling proposed by Papoulis. It uses phase multiply to finish the RCMC which is changed by distance, instead of the time-domain interpola-tion. It also solves the dependencebetween the compression of distance and the frequency of azi-muth. KeywordsSynthetic Aperture Sonar, CSA, RCMC陈丽，张福洪杭州电子科技大学，浙江杭州收稿日期：2016年3月8日；录用日期：2016年3月26日；发布日期：2016年3月29日摘要陈丽，张福洪精度时，运算量较大；第二，距离压缩对方位频率的依赖性难解决。
MIMO合成孔径声纳处理目标检测与定位的开题报告
MIMO合成孔径声纳处理目标检测与定位的开题报告一、研究背景随着水下航行器、海洋勘探、海岸警卫等领域的发展，水下目标检测与定位技术得到了广泛的应用。
在水下目标检测与定位中，声纳设备是一种常用的技术手段。
合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar, SAS）由于其具有高分辨率、高保真度等优点，在水下目标检测与定位中有广泛的应用前景。
然而，由于反射信号强度的衰减、海水的吸收、环境噪声等因素，SAS获取的数据存在着图像质量不佳、信噪比低等问题。
这些问题导致SAS数据处理难度较大，目标检测与定位的精度受到限制。
多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）技术作为一种自适应波束形成技术，可以有效增强信号的强度，提高信噪比，还可以增大检测距离和角度分辨率。
因此，MIMO技术被引入到SAS中，被称为MIMO合成孔径声纳技术。
MIMO合成孔径声纳技术可以有效改善SAS数据的质量，提高目标检测与定位的精度。
二、研究内容本课题旨在探究MIMO合成孔径声纳技术在水下目标检测与定位中的应用。
主要研究内容如下：1. 研究MIMO技术在合成孔径声纳中的原理和应用；2. 研究水下目标的声学成像模型与声纳数据的处理算法；3. 基于所研究的MIMO技术和水下目标的声学成像模型，提出MIMO合成孔径声纳处理算法；4. 结合实际数据进行算法验证，并与传统SAS算法进行对比；5. 探究MIMO合成孔径声纳在水下目标检测与定位中的优缺点及应用前景。
三、研究方法本课题主要采用以下研究方法：1. 文献研究法：通过查阅相关文献，了解MIMO技术在声纳中的应用、声学成像模型和SAS算法等相关知识；2. 研究分析法：对MIMO合成孔径声纳处理算法进行研究和分析，优化算法；3. 模拟仿真法：使用MATLAB软件对实验对象进行模拟仿真，验证算法的可行性；4. 实验对比法：使用实验数据进行算法验证，并与传统SAS算法进行对比。
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合成孔径声纳三维数据仿真研究
刘维;张春华;刘纪元
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2008(20)14
【摘要】提出了一种基于声线追踪技术的合成孔径声纳三维数据仿真模型。
此仿真模型包括四个部分,即三维运动轨迹下点目标回波模型、基于三角面元的声线追踪和目标阴影区域计算模型、基于棱锥的波束照射区域计算模型、发射和接收波束指向性及目标散射特性等其它因素对合成孔径声纳回波数据的影响模型。
点目标和体目标数据仿真结果表明此仿真模型可行,尤其是体目标仿真结果的阴影特征逼真,可以为合成孔径声纳信号处理、图像判读和目标自动识别研究的提供有力支持。
【总页数】4页(P3838-3841)
【作者】刘维;张春华;刘纪元
【作者单位】中国科学院声学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
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