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手持式三维成像声纳是针对蛙人水下作业场景设计的实时三维成像声纳，在航道疏浚、港口防御、钻井平台警戒等诸多方面有广泛应用，研究其关键技术具有重要意义。手持式三维成像声纳的实现主要面临三大难题:硬件系统复杂、运算量庞大及小体积低功耗要求。研究主要内容是在体积、功耗及成像性能约束下的高效算法设计及其实现问题。为使声纳在满足体积功耗要求前提下达到最佳性能，论文展开手持式三维成像声纳系统设计与实现的研究，研究内容如下: 第1章阐述了选题的意义、国内外研究现状及系统实现的关键技术。 第2章分析研究及论证手持式三维成像声纳的系统设计。 第3章研究在阵元数及性能约束下的最优布阵问题。 第4章评估幅度、相位误差，阵元失效及串扰对波束形成的影响。 第5章研究传统均匀FFT波束形成算法在大斜视情况下引起成像分辨率降低的问题。提出分区域FFT波束形成算法，在保证实时性的同时提高成像质量。 第6章研究电子系统设计、并给出原理样机的湖海试结果。 第7章总结论文的研究成果及创新点，提出下一步的研究方向及任务。 论文的创新点: 论证系统实现的技术途径，提出适合手持场景的设计方案。针对优化布阵，提出改进的目标函数约束声纳各项性能，改进遗传算法提高其局部收敛性能。 给出存在随机误差时的主瓣宽度、旁瓣高度、波束指向误差的数学期望及样本分布，分析串扰对成像的影响。提出有效措施降低随机误差及串扰对声纳性能的影响。 针对传统均匀FFT波束形成算法对视场边缘目标成像质量下降的问题，提出分区域FFT波束形成算法，改善声纳的成像性能。 通过对声纳信号、噪声过程进行分析，提出模拟通道主要参数所满足的设计方程，通过求解方程指导模拟通道设计，使数据采集系统设计过程未出现反复。 论文的研究成果: 在研究的基础上，实现方形面阵手持式三维成像声纳原理样机，通过湖上及海上实验，验证样机功能及各项性能指标满足设计要求。