基于参考距离史的多子阵SAS成像算法

吴浩然 张非也* 唐劲松 佟怡铄

①(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

②(海军工程大学科研处 武汉 430033)

1 引言

合成孔径声呐[1](Synthetic Aperture Sonar,SAS)是一种起源于合成孔径雷达[2,3](Synthetic Aperture Radar, SAR)技术的高分辨成像声呐。与SAR不同，由于水中声速的低速性，SAS首先需要采用多子阵技术才能获得实用的测绘速率，然后还需要考虑在发射和接收期间声呐前进的距离才能够获得足够精确的距离史，这就是所谓的“非停走停”模式[4]。受“非停走停”的影响，SAS每个子阵的精确距离史既不是单基站SAR的单根号形式，也不是双基站SAR的双根号形式，而是一个非常复杂的表达式[5]，那么如何获得多子阵SAS的2维谱，成为研究多子阵SAS成像算法的关键。

目前多子阵SAS 2维谱的获取方法主要有3种。第1种方法是用2维谱的数值解代替解析解[6]。虽然该方法的精度较高，但是数值计算过程和逐阵元单独成像特点导致成像效率较低。第2种方法是将精确距离史展开成方位时间的幂级数形式后，用级数反演的方法求得2维谱的解析解[7,8]。该方法的优点是不需要关心精确距离史表达式的形式，且谱的精度可以通过调节幂级数的阶数进行控制，但是存在2维谱表达式复杂和需逐阵元单独成像的问题。第3种方法通过忽略“非停走停”时间的孔径依赖性将精确距离史变成双根号形式，再利用修正偏置相位中心技术[9](Displaced Phase Centre Antenna,DPCA)和驻定相位原理(Principle Of Stationary Phase, POSP)获得2维谱的解析解，称为修正DPCA方法。这种方法的优点是只需要进行一次成像处理，效率较高，但是忽略了“非停走停”时间的孔径依赖性，可能带来较大的时延误差，从而影响成像质量。……