合成孔径声纳成像及其研究进展

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离的探测， 所以水下较远距离的成像均采用水声成
/- 引言
声波是目前唯一可利用的能够在水中远距离传 播的能量形式， 因此声波作为在水中进行探测和通 讯的主要手段， 在海洋监测、 海洋工程、 海上军事作 战、 海洋科学研究等方面发挥着不可替代的作用& 图像和声音是人获取信息的主要来源， 图像传 递的信息更丰富、 更生动、 更直观， 因此有 “ 耳听为 虚， 眼见为实” 的说法& 借助于各种成像设备， 可以 把现实世界中的景象记录和再现出来& 在太空中和 陆地上， 通常采用光学或电磁波成像； 物体内部的探 测多采用 U 射线成像和超声波成像等； 在水下， 由 于电磁波或光波受到强烈的衰减而无法用于较远距
!国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划（ 批 准 号：L00L88MN///0 ， L00O88M0PL00 ） 资助项目 L00O Q // Q /O 收到初稿， L00M Q 0L Q LP 修回 . - 通讯联系人& RE*)(： B)3’*,S()’T "6E& +6E
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像技术& 水下地形地貌和水中物体观测的需求促进了水 声成像技术的发展& 在民用方面， 海底矿物资源开发 需要进行工程勘测和水下监视； 在海洋权益划界谈 判中， 需要海底地形地貌资料的支持； 航道疏浚工程 也需要地形地貌测量和工程量评估； 重要水上活动 区域、 基地、 水下设施和船只等需要防范小型潜器 （ 如微型潜艇） 和蛙人的恐怖袭击； 水声成像技术还 可用于船舶避碰、 水下工程 （ 护岸工程、 水下管线
声纳技术及其应用专题 等） 探查、 沉物打捞、 水下作业监视、 水下考古等, 在 军事方面， 水声成像技术可以用于水雷等水下爆炸 物的探测与识别、 基地和舰艇的安全防范、 地形匹配 导航等, 水声成像设备也称为图像声纳, 图像清晰、 作用 距离远是对图像声纳的基本和主要要求, 要获得清 晰的图像， 要求图像声纳具有足够高的空间分辨力, 比如在水下观察一个井架， 低分辨力声纳只能看到 一个点， 分辨能力高一点就能看出一个框架， 分辨能 力再高就能看到结构细节, 图像声纳的分辨力分为 距离向分辨力和方位向分辨力, 距离向分辨力是指 声波传播方向的距离分辨能力， 方位向分辨力一般 是指与声波传播方向垂直的方向的角度分辨能力, 距离向分辨力决定于信号的脉冲宽度或频带宽度， 脉冲宽度愈窄分辨力愈高， 采用脉冲压缩技术时信 号带宽越大分辨力越高, 对于除合成孔径声纳以外 的其他成像声纳来说， 方位向分辨力一般用辐射波 束的三分贝主瓣宽度来表示， 它与声纳基阵的大小 （ 也称为孔径） 和工作频率有关, 要提高方位向分辨 力， 可以采取提高工作频率或者加大声纳基阵尺寸 的办法, 但是提高工作频率， 声纳的探测作用距离就 会受到限制； 而加大声纳基阵尺寸又受到基阵载体、 费用和工程实现等方面的限制， 这在许多情况下也 会给制造和使用带来不便, 另外， 角度分辨力映射到 实际成像中的空间线度分辨力与距离有关， 距离近， 分辨力高， 距离远， 分辨力低， 也就是说， 这种空间分 辨力是不均匀的, 用虚拟的孔径代替真实的孔径， 既能解决孔径 尺寸的问题， 又能解决远距离方位向分辨力的问题， 这就出现了合成孔径技术， 相应的声纳就是合成孔 径声纳
声纳技术及其应用专题
第二讲 - 合成孔径声纳成像及其研究进展 !
张春华-- /00010 ）
摘- 要- - 文章在介绍了图像声纳的特点、 合成孔径声纳 （ 23,"!4")+ *#45"’54 26,*5， 787 ） 产生背景和发展过程的基础 上， 对合成孔径声纳的原理、 技术难点、 成像算法等问题进行了讨论& 着重分析了合成孔径声纳成像过程中高分辨率 的获取方法、 水声信道对成像的影响、 多子阵技术及其成像算法、 稳定的声纳运动平台和运动监测问题、 运动补偿与 自聚焦方法等& 文章还给出了国内外合成孔径声纳研究的最新进展情况， 进而展望了合成孔径声纳的应用前景& 关键词- - 合成孔径声纳， 图像重建， 成像算法， 运动补偿与自聚焦