稀疏基阵水下声成像的压缩感知方法.pdf

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1、第３７卷第８期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ８２０１６年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｕｇ．２０１６稀疏基阵水下声成像的压缩感知方法１，２，３１，２，３１，２，３１，２，３李鹏，郑太成，徐丽华，陈金立（１．南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室南京２１００４４；２．南京信息工程大学江苏省气象传感网技术工程中心南京２１００４４；３．南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京２１００４４）摘要：声传感器基阵式成像是水下目标探测的主要方法之一。在保证成像质量的同时，采用稀疏基阵是降低系统复杂性的有效途径。另一方面

2、，成像方法也是关键技术之一，其性能直接决定成像质量的优劣。在前期研究的稀疏阵基础上，提出了压缩感知成像方法用于水下成像。回波经传感器基阵接收并进行信号分离后，获得各虚拟通道信号，利用压缩感知方法进行成像。在提出的成像方法中，采用了自适应块贝叶斯算法，它能够在噪声环境下较为准确地恢复图像。此外，根据声信号特点设计字典，并按算法特性设计了数据排列规则。实验表明：通过自适应块贝叶斯算法的压缩感知成像能够可靠地对水下目标进行成像，目标的几何特征明显。关键词：水下声学成像；压缩感知；自适应块贝叶斯算法；传感器阵列中图分类号：ＴＨ７６６文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．４０Ｃｏｍｐｒ

3、ｅｓｓｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｉｍａｇｉｎｇｕｓｉｎｇｓｐａｒｓｅａｒｒａｙ１，２，３１，２，３１，２，３１，２，３ＬｉＰｅｎｇ，ＺｈｅｎｇＴａｉｃｈｅｎｇ，ＸｕＬｉｈｕａ，ＣｈｅｎＪｉｎｌｉ（１．ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｏｎ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｓｕＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＳｅｎｓ

4、ｏｒＮｅｔｗｏｒｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｎＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｒｒａ

5、ｙｂａｓｅｄｉｍａｇｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｗａｙｓｔｏｂｅｕｓｅｄｔｏｆｉｎｄｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｔａｒｇｅｔｓ．Ｗｈｉｌｅｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ，ａｄｏｐｔｉｎｇｓｐａｒｓｅａｒｒａｙｉｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓａｌｓｏｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｔｈｅｉｍａｇｉｎｇ，ｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｃｉｄｅｓｔｈｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｒａｔｅｏｆｉｍａｇ

6、ｉｎｇ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｙｏｎｓｐａｒｓｅａｒｒａｙ，ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄｕｓｅｄｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｉｍａｇｉｎｇ．Ｔｈｅｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｓａｒｅｒｅｃｅｉｖｅｄｂｙｔｈｅｓｐａｒｓｅａｒｒａｙ，ｔｈｅｓｉｇｎａｌｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｃｈａｎｎｅｌｓｉｇｎａｌｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ；ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｕｓｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔ

7、ｈｅｉｍａｇｅ．Ｉｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｉｍａｇｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｂｌｏｃｋＢａｙｅｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓａｄｏｐｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｅｃｉｓｅｌｙｒｅｃｏｖｅｒｔｈｅｓｐａｒｓｅｔａｒｇｅｔｉｍａｇｅｉｎｎｏｉｓｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ａｄｉｃｔｉｏｎａｒｙｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｙｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｉｇｎａｌｓ，ａｎｄｔｈｅｄａｔａｍａｔｒｉ