【摘 要】
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成像声纳能够提供探测区域的高分辨图像信息,在海洋开发中的应用越来越广泛。本文在分析了实验室研制的多波束成像声纳原理样机存在问题的基础上,开展了算法和软硬件的优化工
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成像声纳能够提供探测区域的高分辨图像信息,在海洋开发中的应用越来越广泛。本文在分析了实验室研制的多波束成像声纳原理样机存在问题的基础上,开展了算法和软硬件的优化工作,进一步提高了声纳的成像质量。具体工作主要包括以下几个方面:首先,依据成像声纳系统测试大纲的要求,针对不同场景和水况条件,对系统原理样机的各项性能指标和成像效果进行了大量的测试和验证。在分析测试结果基础上,指出了成像声纳改进和优化的方向。然后,针对声纳换能器通道间存在幅度和相位不一致影响系统成像质量的问题,对通道幅相误差的校正方法进行了研究,分别从调理通道和阵元通道两部分对系统进行幅相校正。提出了基于模式空间理论和TSI(三次迭代)算法的阵列幅相误差自校正方法,该方法仅需要一个方位未知的远场校正源,分三个独立的步骤即可估计校正源方位和阵列幅相误差。其次,设计了几种波束形成的改进算法。基于最小二乘的稳健性设计方法提高了系统对于噪声干扰和通道误差的稳健性;改进的切比雪夫加权方法改善了波束响应函数的主旁瓣特性;基于凸优化的可动态聚焦波束形成方法,实现了对目标精细成像;基于信号稀疏表示理论的抽头稀疏化设计为降低换能器结构的复杂度提供了可能性。最后,对系统存在的显示动态范围小、存储能力不足和启动速度过慢等问题进行了完善,提高了系统的稳定性,对系统低功耗设计的研究为产品化打好了基础。实测结果表明,优化设计后的声纳系统成像质量更高,启动速度和视频压缩性能满足设计要求,达到了系统优化设计的预期目标,部分未能进行实测的优化方法也通过理论仿真进行了验证。
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