基于改进DPC方法的合成孔径声纳运动补偿研究

合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar,SAS)成像的难点之一在于声纳基阵载体的不稳定运动影响了合成孔径上水听器接收信号的相干性,其结果将导致图像的畸变和图像分辨率降低。本文在分析基本偏移相位中心(Displaced Phase Centers,DPC)方法的基础上,提出了一种在没有冗余的相位中心而数据在空间的相关性较强时适用的DPC算法。改进的DPC算法能够有效地估计并补偿声纳基阵的侧摆(sway)和偏航角(yaw)导致的运动误差。通过仿真和实验数据验证了算法的有效性。     

一种基于分段DPC和拟合的合成孔径声呐运动补偿方法

为了解决大测绘带条件下合成孔径声呐的运动误差在斜距向上的空变性会影响运动补偿效果的问题,该文提出了一种基于分段的偏移相位中心(Displaced Phase Center, DPC)算法和拟合的运动误差估计及补偿方法。该方法首先对原始回波数据在斜距向上进行分段,利用DPC算法估计各个子段的斜距运动误差,其后利用最小二乘方法对声呐运动的横荡误差和升沉误差进行估计,最后对不同斜距上的原始回波数据做逐点非均匀运动补偿处理。仿真和湖试数据处理结果证明了该方法的有效性。     

主动合成孔径声纳几种算法比较

海洋开发和反潜战的需求成为推动声纳技术发展的主要动力。主动合成孔径声纳（ASAS）作为一种新型高分辨水下成像声纳,利用小孔径的物理声阵,得到与径向距离和频率都无关的方位分辨率。运动补偿是合成孔径声纳的关键问题,利用多接收阵回波数据的互相关特性进行补偿有距离多普勒、线性调频空变平移、波束域等多种算法,通过对几种算法的分析比较,结合仿真验证,为实际应用提供了依据。     

多子阵合成孔径声纳系统中的侧摆运动误差补偿

针对低频合成孔径声纳系统中的侧摆运动误差,提出一种基于冗余阵元回波数据的运动误差补偿方法。该方法首先沿距离向对相邻重叠相位中心的数据求统计平均获得缠绕的平均相位误差,然后通过滑动累加得到解缠绕的相位误差,运用估计的相位误差就能实现多子阵合成孔径声纳回波数据的运动误差补偿。仿真结果表明,该方法能够准确地估计侧摆误差,估计偏差均小于0.002 m;误差补偿后能够取得与无误差情况基本一致的成像结果,极大地改善了目标聚焦质量,能满足低频合成孔径声纳系统的运动误差补偿要求。实测数据处理结果进一步验证了该方法的有效性。     

基于相位估计和线性拟合的运动补偿方法

结合基于无人水下航行器(UUV)小型拖线阵的应用,针对常规扩展拖曳阵测量方法(ETAM)在阵列存在运动误差时算法性能有所下降,提出一种运动误差估计与相位校正法.在阵形保持直线阵的前提下,采用最小二乘算法对相邻两次测量中位置重叠阵元相位相关因子进行线性拟合,根据拟合出的关系式对阵列输出数据进行相位补偿,从而有效克服线列阵的偏航带来的相位误差.在阵列偏航3°和5°时,仿真结果表明新算法的方位分辨性能有所提高.     

基于惯性测量系统的合成孔径声呐运动补偿

运动补偿是实现高分辨率合成孔径声呐(SAS)成像的关键问题之一,该文研究了基于惯性测量系统的合成孔径声呐运动补偿过程。提出了一种改进的基于实际航迹的逐点补偿成像算法,该算法解决了传统的逐点延时相加成像算法不能直接应用测量数据进行运动补偿的问题。最后,通过仿真和湖试实验,验证了算法的有效性。     

全相位FFT在合成孔径水声通信运动补偿中的应用

该文针对浅海远程水声信道提出合成孔径技术与直接序列扩频相结合的通信方案,并重点分析了影响通信质量的多普勒效应问题,提出了一种有效的多普勒估计和补偿算法。该补偿算法采用重采样与全相位快速傅里叶变换(AP-FFT)处理技术,实现了频率和相位的高精度估计,同时消除多普勒造成的时间模糊。该文利用声学工具箱对声信道进行了建模,对合成孔径通信系统进行了仿真验证。结果表明,该文所提出的多普勒补偿算法有效地抵抗了收发节点以较高航速相对运动时所产生的多普勒效应,实现了多虚拟子阵发射信号的相干叠加,减少了运动造成的合成孔径处理空间增益损失,显著改善了通信质量。     

合成孔径声纳姿态及运动估计--鲁棒Kalman估计算法

合成孔径声纳姿态及运动估计系统一般由惯性测量单元(IMU),差分DGPS,声多普勒计程仪DVL,深度传感器,磁罗经等多种测量传感器组成.通常情况下,惯性测量单元(IMU)必须与DVL或DGPS进行数据融合,才能获得更好的测量性能;同时,由于姿态及运动监测系统的传感器较多,系统受外界扰动影响比较严重,即观测野值比较严重.因此,将M-估计原理应用到Kalman滤波算法中,利用鲁棒Kalman滤波算法来处理合这类估计问题.计算机仿真结果表明,该方法将惯性测量单元(IMU)测量结果与差分DGPS或DVL测量结果进行数据融合,较好地解决了合成孔径声纳姿态、运动估计问题.     

逆合成孔径声纳的点目标成像

合成阵列声纳包括合成孔径声纳（SAS）与逆合成孔径声纳（ISAS）。它是一种新型的水下成像声纳,是水声技术的重要研究方向之一。详细介绍了基于转台理论的逆合成孔径声纳技术的基本原理,研究了逆合成孔径声纳的系统构成和参数选取方法,分析了逆合成孔径声纳的方位分辨率和距离分辨率,并且在限定的约束条件下,对点目标的ISAS成像进行仿真,取得了良好的结果。     

基于四参数仿射模型的快速运动估计算法

为减少求解二维相位相关带来的运算量负担,提出了一种快速四参数运动估计算法.首先,进行图像幅度谱对数极坐标变换,把旋转、缩放参数降维成平移参数估计;然后,使用均值灰度投影技术替代二维相位相关,将二维数据投影到一维空间,通过一维最优相关,求解水平与垂直方向上的偏移量.实验结果表明,与相位相关技术相比,由于采用降维和快速搜索策略,求取位移的算法复杂度由O(N2log2N)下降到O(log22N),256×256图像块的计算时间由原来0.266 s下降到0.062 s,缩放精度＜0.05,旋转精度＜0.5°.     

基于频率区间两分法的线性调频信号调频斜率估计方法

给出了一种利用频域两分法对线性调频连续波的调频斜率进行估计的方法。在对线性调频信号进行简单分析的基础上给出了方法的描述,以及方法的适用条件,并对仿真结果进行了分析。     

基于频域模型的宽带信号子空间谱估计方法

宽带阵列信号是频率的函数,因此其阵列流型及协方差矩阵都随频率变化.本文基于宽带信号的频域模型,通过分析宽带阵列信号协方差矩阵的特征分解结构,证明了宽带阵列信号噪声子空间不随频率变化的特性,并根据这一特性,提出了基于频域模型的宽带子空间谱估计(SSEFD)方法.应用K.Buckley的BASS-ALE方法解决了该方法用于均匀线阵时存在的频率-方位模糊问题.计算机仿真结果验证了SSEFD方法的有效性,与H.Wang的CSS方法的统计性比较表明,新方法具有更高的估计精度.     

基于运动参数估计的ISAR成像算法研究

在逆合成孔径雷达（ISAR）成像算法中,目标的运动参数补偿对成像质量有很大影响。针对线性调频步进信号的ISAR成像算法进行研究,通过质量重心法对目标的速度和加速度进行粗估计,用多普勒法和最小熵法对运动参数进行修正,得到更精确的速度和加速度,并对回波包络进行补偿,最终实现ISAR成像。     

脉冲超宽带(UWB)跳时系统的频域信道估计

提出一种基于序列和的最大似然(ML)频域信道估计算法,该算法可适用于对跳时UWB通信系统进行基于训练序列的信道估计和盲信道估计,大大简化了运算的复杂性。在仿真中比较了基于理想信道估计、基于一般的频域信道估计以及基于序列和的ML频域信道估计的性能。结果显示,在频域的估计过程中,对发射信号的频谱设定适当的可信门限后,可以获得与直接进行频域信道估计相似的性能。     

调频步进脉冲雷达目标的运动参数估计

介绍目标运动对调频步进脉冲雷达相参合成目标一维距离像的影响,分析了一种基于最小脉组误差准则的运动参数估计方法,并在此基础上将该方法运用于调频步进脉冲雷达,以解决其中运动目标速度的估计和补偿问题。理论分析和仿真结果表明,该方法具有可行性、测速精度高、抗噪声性能强的优点,可实现对运动目标速度的精确测量。     

频差存在条件下时延估计性能及参数选取方法研究

利用二阶统计理论,推导并得出了频差存在条件下时延估计值的均值是一个频差和时域相关长度乘积的辛格函数,从理论上澄清了频差对时延估计精度的影响;提出了在频差存在条件下时延估计的参数选取方法,并进行了仿真验证.     

一种基于HB加权的频域自适应时延估计新算法

为了提高低信噪比情况下的自适应时延估计精度和收敛速度，提出了一种基于HB加权的频域自适应时延估计新算法。给出了频域自适应时延估计算法和新算法的原理模型。最后将该算法应用于低空目标声测定位中，用实测的直升机噪声数据进行了仿真。仿真结果表明，在低信噪比情况下，新算法有更高的估计精度，收敛速度和稳健性。     

一种频率步进雷达目标运动参数估计方法

为实现低信噪比下目标的精确运动补偿,提出基于Keystone变换和Morlet小波变换的方法估计低信噪比下目标速度和初始距离参数。在分析频率步进雷达运动目标回波信号基础上,首先采用Keystone变换法去除回波信号高次相位项,然后对回波信号做IFFT运算,再进行FFT 操作,便可得到距离-速度二维参数谱。考虑低信噪比对参数估计的影响,文中将距离维参数谱通过Morlet小波变换去除噪声,进而获得目标运动参数的精确估计。最后计算机仿真实验进一步说明了该方法的有效性。     

结合MWD算法的低频UWB SAR运动补偿

 波数域(WD)算法具有精确的去耦合能力,适用于大波束角低频超宽带合成孔径雷达(UWB SAR).但传统WD算法不易和运动补偿相结合,限制了该算法的应用.尤其是在无传感器数据可利用的情况下,要获得高质量机载低频UWB SAR实测图像十分困难.本文提出了一种改进WD(MWD)算法,MWD算法通过采用修正Stolt映射,实现了基于回波数据的运动参数估计和精确运动补偿.此外,文中还根据MWD算法特点,对传统运动补偿方法进行改进,提高了MWD算法对实测低频UWB SAR数据的聚焦性能.仿真实验和实测数据成像实验验证了所提方法的有效性.