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海底物体回波模拟与图像生成技术研究

作　者: 丁迎迎
导　师: 孙超
学　校: 西北工业大学
专　业: 水声工程
关键词: 回波模型水下声成像波束形成三维声成像合成孔径
分类号: U666.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 8次
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内容摘要

水下声成像技术在水下探测尤其是海底测绘、海底物体探测与识别的应用中发挥着重要作用，具有广泛的应用前景。它将接收回波转变为二维或三维的图像表达，以更直观的形式反映海底面貌；同时它具有较远的作用距离和在浑浊水域工作的优势，极大地提高了水下作业能力。研究水下声成像技术，对于成像声纳的设计实现有着重要意义。本文目的是对海底物体进行声成像的仿真研究。为此，探讨了目标回波模拟的几种方法，获得了仿真的目标回波；研究了声成像的概念、特点，常用声成像技术的原理及区别，重点研究了波束形成技术和合成孔径技术，对点目标进行了二维、三维成像仿真。最后，利用简单模型，对粗糙海底及球体目标实现了声成像仿真，仿真结果具有一定的指导意义。主要的研究内容包括： 1．研究了几种目标回波模型：点散射体集合模型、亮点模型、形态函数模型，以球体和圆柱体为对象，分析了目标回波的模拟方法，分别给出了刚性体和弹性体的回波仿真结果。 2．研究了水下声成像的概念和常用声成像方法：声透镜成像、波束形成、声全息，重点介绍了波束形成原理，分别用时延和相移波束形成实现了对点目标的二维、三维成像仿真，并对三维情况下参数的影响进行了分析和讨论。 3．针对合成孔径技术能提高方位分辨率的优点，使用距离—多普勒成像算法，对点及点阵进行了仿真成像，成像结果验证了合成孔径的技术优势。 4．对粗糙海底上的球体目标，利用点散射体集合模型及简单的海底模型，使用波束形成方法进行了仿真成像，得到了球体的大致轮廓。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 声成像的研究背景及意义  8-9
  1.2 声成像的技术现状及发展趋势  9-10
  1.3 成像声纳技术概况  10-12
  1.4 目标回波模拟方法  12
  1.5 论文研究的主要内容  12-14
第二章目标回波模拟方法  14-27
  2.1 目标回波  14
  2.2 点目标模型  14-17
  2.3 亮点模型  17-21
    2.3.1 亮点函数模型  17-18
    2.3.2 简单目标的亮点模型  18-19
    2.3.3 简单目标的亮点回波仿真  19-21
  2.4 形态函数理论  21-26
    2.4.1 形态函数的定义  21-22
    2.4.2 球体目标的形态函数  22-24
    2.4.3 球体目标回波仿真  24-26
  2.5 小结  26-27
第三章水下声成像技术  27-37
  3.1 概述  27-28
  3.2 常用声成像技术  28-31
    3.2.1 波束形成技术  28-29
    3.2.2 声透镜成像  29-30
    3.2.3 声全息成像  30-31
    3.2.4 合成孔径成像  31
  3.3 波束形成  31-35
    3.3.1 波束信号与波束图  32-34
    3.3.2 波束图仿真  34-35
  3.4 波束信号到成像单元  35-36
  3.5 小结  36-37
第四章波束形成声成像  37-53
  4.1 概述  37
  4.2 二维成像  37-41
    4.2.1 二维声成像技术  37-38
    4.2.2 波束形成实现  38-39
    4.2.3 二维成像仿真  39-41
  4.3 三维成像  41-49
    4.3.1 三维成像方法  41
    4.3.2 多角度(multiple aspect)扫描  41-42
    4.3.3 聚焦波束形成  42-44
    4.3.4 三维成像仿真  44-45
    4.3.5 仿真结果  45-49
  4.4 不同参数对成像结果的影响  49-52
    4.4.1 阵元个数的影响  49-50
    4.4.2 频率的影响  50-51
    4.4.3 基阵高度的影响  51-52
  4.5 小结  52-53
第五章合成孔径成像  53-67
  5.1 概述  53-54
  5.2 SAS回波模型  54-58
    5.2.1 回波模型  54-55
    5.2.2 距离向脉冲压缩  55-56
    5.2.3 系统参数  56-58
  5.3 距离-多普勒算法  58-60
    5.3.1 算法原理  58-59
    5.3.2 距离徙动矫正  59-60
  5.4 计算机仿真成像  60-66
    5.4.1 仿真参数说明  60-61
    5.4.2 仿真结果  61-66
  5.5 小结  66-67
第六章海底球体目标的成像仿真  67-72
  6.1 仿真模型  67-69
    6.1.1 回波模型  67
    6.1.2 目标等效模型  67-68
    6.1.3 海底模型  68-69
    6.1.4 目标识别方法  69
  6.2 球体目标成像仿真  69-71
    6.2.1 模型及参数  69-70
    6.2.2 成像结果  70-71
    6.2.3 结果分析  71
  6.3 小结  71-72
第七章全文总结  72-74
参考文献  74-77
发表论文和参加科研情况说明  77-78
致谢  78-79
西北工业大学学位论文知识产权声明书  79
西北工业大学学位论文原创性声明  79

海底物体回波模拟与图像生成技术研究

内容摘要

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