应用MSB-CAATI算法的多波束测深系统性能分析.docx

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1、多波束测深系统的MSB-CAATI算法性能分析黎子盛1，李海森1,2，周天1，袁延艺1(1.哈尔滨工程大学水声工程学院，哈尔滨150001；2.哈尔滨工业大学仪器科学与技术博士后流动站，哈尔滨150001；)摘要：多波束测深系统是海底地形地貌探测的重要手段。MSB-CAATI算法是多角侧扫测深声纳的CAATI算法扩展到多波束系统的高分辨方位、幅度估计方法。本文对应用MSB-CAATI算法的多波束系统在高分辨海底地形地貌探测中的性能进行定量分析。仿真了一幅浅海海底地形地貌探测场景，分析了上述高分辨多

2、波束系统的探测准确率和覆盖率等指标。关键字：高分辨；海底地形地貌；多波束；性能分析PerformanceAnalysisofMulti-beamBathymetrySystemUsingMSB-CAATIAlgorithmLIZisheng1，LIHaisen1,2，ZHOUTian1，YUANYanyi3(1.CollegeofUnderwaterAcousticEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China;2.Post-D

3、octorWorkstationofInstrumentScienceandTechnology,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China;3.ChinaMarineDevelopmentandResearchCenter,Beijing100073,China)Abstract:Multi-beambathymetrysystemsplayanimportantroleinseafloormapping.MSB-CAATIalgorithmis

4、ahighresolutiondirectionsandamplitudesestimationmethodwhichisextendedfromCAATIalgorithminMulti-angleSwathBathymetrySidescanSonartomulti-beamsystems.Thispaperquantitativelyanalyzesperformanceofmulti-beamsystemsusingMSB-CAATIinhighresolutionseafloormapp

5、ing.Aseafloormappingscenarioinshallowwaterissimulatedandspecificationssuchasaccuracyandcoverageofthehighresolutionmulti-beamsystemaboveareanalyzed.Keywords:highresolution;seafloormapping;multi-beam;performanceanalysis1引言测深侧扫声纳（SwathBathymetrySidescanS

6、onar，简称SBSS）、多角测深侧扫声纳（Multi-angleSwathBathymetrySidescanSonar，简称MSBSS）和多波束测深声纳（Multi-BeamBathymetrySonar，简称MBBS）是当今能够同时测量海底地形和地貌的探测系统。MSBSS由于使用了计算到达角瞬态成像技术（ComputedAngle-of-ArrivalTransientImaging，简称CAATI），能够提供高分辨海底地形地貌图像且克服了困扰SBSS的同时到达波的问题[1],[2]。但是，

7、由于其自身机制以及CAATI算法的局限性，MSBSS的应用受到了很大限制[3],[4]。多子阵波束域CAATI（MultipleSub-arrayBeamspace–CAATI，简称MSB-CAATI）算法将CAATI技术扩展到MBBS中，使其兼备了FT（傅氏变换）和CAATI各自的优点，能在整个条带宽度内同时获得高分辨力的海底地形和地貌信息，且不易受到低信噪比和复杂地形环境的影响[3]。本文对应用MSB-CAATI算法的多波束系统进行定量的性能分析，通过仿真一幅浅海海底地形地貌的场景，得到了该多

8、波束系统在高分辨探测中的准确率和覆盖率，并与常规波束形成和CAATI算法的性能进行了比较，验证了MBBS应用MSB-CAATI算法的有效性和优越性。2MSB-CAATI算法[3]，λ为载频的波长。首先建立离散散射体模型，设有M个散射体目标的回波信号由N个阵元的等距线阵接收，阵元间隔为d，回波信号是窄带远场平面波，时间上平稳且N>M。设接收信号为s，则第n个基元的接收信号可写作：Msn=∑ame−j(n−1)dum(1)m=1um=ksinθm其中θm和am分别为回波的方向和幅度，k