声透镜成像关键技术的研究

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1、分类号：__________密级：__________UDC：__________编号：__________工学博士学位论文声透镜成像关键技术研究博士研究生：吴菊指导教师：卞红雨教授学科、专业：信号与信息处理2013年6月分类号：密级：__________UDC：编号：__________工学博士学位论文声透镜成像关键技术研究博士研究生：吴菊指导教师：卞红雨教授学位级别：工学博士学科、专业：信号与信息处理所在单位：水声工程学院论文提交日期：2013年4月19日论文答辩日期：2013年6月16日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertatio

2、nfortheDegreeofD.EngTheKeyTechnologyinAcousticLensImagingCandidate:WuJuSupervisor:Prof.BianHongyuAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:SignalandInformationProcessingDateofSubmission:Apr.19,2013DateofOralExamination:Jun.16,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本

3、人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行

4、检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日声透镜成像关键技术研究摘要本文围绕着声透镜成像技术，对透镜声场模型的改进、透镜系统的分析与设计、透镜系统的水池试验及可用于声透镜成像技术的压缩传感理论四个方面展开了研究。详细阐述了混合法透镜声场模型的基本结构及实施方法，并分析了其优点及

5、仍需改进的地方。在此基础上，提出了改进的混合法透镜声场模型，即改进的射线声学-基尔霍数值积分混合模型和改进的射线声学-求和法混合模型。详细介绍了改进的混合法的基本结构及实现方法，并给出了仿真与试验结果，从而验证了改进的混合法透镜声场模型较原混合模型在模拟透镜声场性能上具有更高的准确度。运用改进的混合法透镜声场模型，仿真分析了透镜系统的焦点布放问题，详细研究了透镜系统的各参数对透镜系统波束性能的影响情况。这些参数包括几何参数（界面形状、界面尺寸、透镜个数及镜间距）、材料参数（声速和声衰减系数）、环境温度和工作频率等。根据仿真分析得到的先验知识，进行了四个透镜系统的设计：一、由单个透镜构成的

6、单透镜系统；二、由两个透镜构成的透镜组系统；三、在水平方向和垂直方向上都具有聚焦性能的二维透镜；四、能够抵抗环境温度影响复合透镜系统，并给出了仿真结果及加工成型的透镜实物图。对已设计的透镜系统进行了水池试验，试验共分为两部分，第一部分为透镜系统的波束形成试验，试验内容包括透镜系统焦点位置的确定，波束指向性图的绘制，及聚焦深度的测量，试验结果与仿真结果基本吻合，充分验证了论文提出的改进的混合法用于模拟透镜声场的准确性。第二部分为透镜声纳样机系统的目标成像试验，利用单透镜声纳样机系统和透镜组声纳样机系统分别对圆环和叉形两种目标进行了成像试验，所成的目标图像轮廓清晰，更新速度快，从而充分地说明

7、了透镜声纳用于目标成像的可行性及其良好的性能。阐述了压缩传感理论在声透镜成像技术中的应用前景，详细论述了压缩传感三个方面的基本理论：信号的稀疏表示、测量值的获取和信号的重构，重点研究了匹配追踪系列的信号重构算法，在正则化正交匹配追踪算法的基础上提出了一种渐进式的正则化自适应匹配追踪算法，仿真研究表明，用所提算法重建的图像在峰值信噪比、相对误差、匹配度及运行时间相比于现有相关算法都有提高。深入研究了分块压缩传感理论，在图像自适应分块压