合成孔径声呐技术研究进展

合成孔径声呐运动补偿

从 SAS 概念的提出到现在，运动补偿一直是本领域关注的焦点问题。对于合成孔径处理，“运动”既是解答又是问题。一方面，孔径的合成依靠运动；另一方面，运动误差（运动未按照理想模型进行而带来的误差）会对成像质量产生影响。运动误差的测量、估计及补偿是 SAS 处理中十分关键的问题。

该方面的研究是在借鉴 SAR 领域的成果之上进行的。SAS 运动基本思路是按照大的运动误差抑制由运动误差估计及补偿实现，残余的运动误差及声波传输媒质不稳定的影响可通过回波数据的相关性进一步补偿。

尽管从起步阶段一直是关注的问题，也取得一系列研究成果，SAS 运动补偿研究远未成熟。而且随着分辨率、作用距离等需求不断提升，工程上对运动补偿要求也越来越高。

基于回波的运动补偿

根据理论分析，运动误差超过波长的 1/8 就会对 SAS 成像产生明显影响。早期 SAS 运动补偿研究，主要集中在回波数据的相关性及其在运动补偿方面的应用上。因为验证主要依拖曳平台进行，较少配置运动测量设备，即使配有高性能的组合惯性测量（或惯导）也达不到要求的精度。

基于回波数据的运动补偿主要围绕 DPC（displaced phase center）或改进型展开。DPC 方法与雷达成像中的动目标检测相似，利用多接收子阵相邻周期回波的重叠相位中心相位，估计出运动误差，从而进行运动补偿，相关研究也有一些成果。

通过各距离上回波数据 DPC 及平均处理，可以得到运动误差估计，再将得到的估值修正各距离上回波数据，就完成了运动补偿过程。这类基于回波的运动补偿，在仿真试验和实验室水槽试验中，可以取得较好效果。但是，对湖海上试验数据，运动补偿效果还存在鲁棒性问题。与 SAR 不同，SAS 成像具有大距离向开角的特点，空变效应明显。非理想运动航迹产生的误差，映射到不同距离的回波数据上，尽管变化规律相近但误差曲线不完全相同，空变效应越大、误差曲线差异性越大。解决空变的方法按照距离分段进行运动误差估计及其相应的运动补偿，但是分段过多会带来误差估计信噪比降低、各段边缘相位连续性变差等问题。

基于运动传感器的运动补偿

SAR 运动平台（如飞机、卫星等）一般配有运动传感器（惯导），SAR 成像中通过运动传感器进行运动补偿（粗补偿），并通过后续的图像域进行自聚焦处理，对残余误差进行补偿（精补偿）。

SAS 研究早期中采用拖曳试验平台一般不配备高精度运动传感器。随着 SAS 技术不断发展、工程上也开始得到应用，近年来先进的 SAS 系统也开始配组合运动传感器（如光纤陀螺仪、声学多普勒计程仪、水下超短基线定位仪等）。另外，无人潜航器（UUV）平台都配有惯导系统，可为 UUV 搭载的 SAS 系统提供运动测量信息，用于相应运动补偿。

法国 Xblue 公司采用 Phins 组合运动传感器与 DPC 融合方面，一直开展相关研究，并取得一定进展。

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