基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统.pdf

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1、第37卷第4期2016年4月仪器仪表学报ChineseJoumalofscientificInstmmentV01．37No．4Apr．2016基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统王朋，张扬帆，黄勇，刘纪元，黄海宁(中国科学院声学研究所北京l00190)摘要：水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力，本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统，该系统包括3个部分：窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像，近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成

2、，稀疏布阵情况下采用二维FFr波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法，设计并实现一套实时三维成像声纳系统，通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试，实验结果表明：该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。关键词：水声成像；声纳信号处理；三维成像声呐中图分类号：7Ⅲ766+．15文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．10Real-time3D躯。吣ticaJiIIlagingsonarsystemb嬲edonsparseplanararrayWangPeng，ZhangYangfan，HuangYong，LiuJiyuaJl，

3、HuangHaining(加f豇姚旷Aco淞t泌，吼i嬲eA∞如州旷Sc诂船∞，＆咖愕JoDJ9D，吼i船)Abstmct：Underwaterreal-time3Dimagingsonarsystemcandkctivelyimpm、retheabilityofunderwatertargetdetection蚰didentifica-tion．Inthispaper，areal-time3Dacousticalimagingsonarsystembasedonsparsepl锄ararrayisproposed．Thesystemconsistsoftllreepart

4、s：ammsmilter“narrowb蚰dexcitation，areceivingsparseplallararray，蚰dasignalprocessingsystem．Thesi印alprocess-ingsystemusestwodime璐ionalfhtFo谢er协msf0珊(FFT)beamf0珊ingalgoritllmtoprocesstheacquiredsigIlalsf而masceneinmefhfield柚dobtainits3Dtargetimage．Undernear—fieldcondition，thesignalpmcessingsyste

5、madoptsauto-f＆used2DFF’rbeandbnn—ingmethodtoobtainthe3Dtargetimage．Comparedwiththedirectphase-shiRbearrlfo珊ingalgorithm，thetwodinlensionalFFTbe锄-fo瑚inga190ri山mad叩tedundersparsepl卸araⅡayconditionhastheadV卸tagesoflesscomputationbumen粕dmemoryrequirement．B鹊edontIleproposedimagingmethod，areal-t

6、ime3Dacousticalima西ngsonarsystemw踮designed锄ddeveloped，whichll鹊beenex‘tensivelyemployedinlaI【e粕dseatrials．ThetestresIlltsdemonstratetllatthesystemcaIlobtain山e3Dimagesoftllescenesin协一field蚰dnear—field，锄dmeettllereal-timeima西ngrequirememofunderwatertargetdetection．Keywords：underwateracoustici

7、ma舀ng；sonarsigrIalpmcessing；3Dacousticalima百ngsonar引言随着人类对海洋资源的开发利用，水下探测技术的发展越来越受到各国专家学者的关注。在水下目标探测及成像领域，三维成像声纳系统得到了长足的发展m1，在超声及雷达领域三维成像技术积累了丰富的经验‘¨1，随着三维成像技术的不断发展，实时三维成像声纳系统收稿日期：2015旬3ReceivedDate：2015—03·基金项目：国家自然科学基金(11304343)项目资助成为水下目标探测、识别、地形绘制、目标成像的重要水下设