合成孔径声呐技术研究进展

合成孔径声呐成像技术

合成孔径声呐成像算法

声呐成像是由回波信号解算出声呐图像（反射系数矩阵）的过程。SAS 成像算法是在 SAR 算法、CT 成像算法、地震波反演、声呐方位波束形成方法基础上发展起来的。SAS 成像的研究目前主要集中在条带式（stripmap）正侧视（broadside looking）场景，斜视和聚束 SAS 成像也开始引起研究者的注意。

SAS 成像中声波的波长通常为分米波和厘米波，与典型的 SAR 成像波长相近。由于水声速度低，相同波长 SAS 对应的水声频率很低，如水声信号波长 1.5 cm 对应的频率为 100 kHz、波长 1.5 dm 对应的频率为 10 kHz（水声传播速度取 1 500 m/s)。频带足够宽才能提高成像的距离分辨率,因为载频低，所以 SAS 成像通常相对带宽较大。因此，SAR 成像中 RD、CS 等适合窄带的算法，在 SAS 成像中很少采用。ωk 是一种适合宽带成像的频域算法，SAS 领域普遍采用。但是，SAS 采用多接收子阵成像，存在空间采样不均匀问题，需要相位修正才能完成频域处理。

时域逐点延时相加法，是 SAS 最基本的成像方法，相当于 SAR 中的二维时域相关处理法。这种方法运算效率比频域算法低得多，在实时成像系统中较少采用。但是时域算法对多接收子阵成像，空间采样不均匀性影响小、处理灵活。FFBP 算法是一种源于医学影像中的快速后向投影算法，通过牺牲一定的分辨率提升运算速度。基于二维矩阵数表的时域方法，通过存储多个事先计算好的多个二维矩阵，实现实时成像。该方法通过增加一定的数据存储单元，实现了高速精确的实时成像。

经过多年的发展，SAS 成像算法基本成熟，可以满足工程实际要求。

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