基于时延优化的三维成像声呐视野展宽方法研究

杜方键，张永峰，张志正，郭小飞

(1.中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州 450047；2.郑州市水下信息系统技术重点实验室，河南郑州 450047；3.郑州宇通客车股份有限公司，河南郑州 450047)

0 引 言

水下声成像技术在水下探测尤其是海底测绘、海底物体探测与识别的应用中发挥着重要作用，具有广泛的应用前景。早期的二维成像声呐[1]仅能提供二维信息[2]，随着地形勘探、结构检查、物体测量等水下业务的迅速拓展，对立体、精细的水下成像需求愈发迫切，推动了水下三维成像技术[3]的发展进步。水下三维成像技术可快速生成水下地形、结构、物体的三维高分辨率图像，提供直观丰富的细节描述。三维成像分为近场与远场两种情形。远场条件下，波束形成的时延参数容易准确计算出来；而近场条件下，必须考虑波前弯曲程度，需要对波束形成进行聚焦处理。近场条件下，我们一般使用一种近似时延方法，通常情况下采用菲涅耳近似(Fresnel approximation)[4-5]，但是 Lawrence J.Ziomek指出，使用菲涅耳近似必须满足三个条件[6]，其中第一个条件就是限制成像声呐的有效视野范围：|θ|≤18°，这在很大程度上减小了声呐成像的效率。随着成像声呐技术的迅速发展，Andrea Trucco在1997年提出了一种基于菲涅耳近似的最小二乘近似[7]。该方法的核心是将菲涅耳近似的时延表达式进行加权，应用在线列阵中的确扩大了成像的有效视野范围，但该方法是否同样适用其它阵形的成像声呐，还需进一步研究。

本文针对平面阵近场聚焦波束形成[8-9]，研究并探讨了一种时延优化方法。……