收发阵元指向性对合成孔径声呐成像影响的研究

"阵元指向性对合成孔径声呐成像的影响" 合成孔径声呐（SAS）是一种先进的水下成像技术，通过合成一个虚拟的大孔径来提高成像分辨率。在SAS系统的设计和优化过程中，计算机仿真扮演着至关重要的角色，允许研究人员在实际操作前分析系统的成像性能。传统的SAS回波仿真通常假设阵元的指向性为矩形，即在3dB宽度内保持恒定，这简化了计算，但可能导致对真实情况的严重低估。 在这种简化模型中，回波包络被视为矩形，经过方位向匹配滤波后的输出呈现sinc函数特性。这意味着理论上，聚焦点目标的方位向剖面有特定的特性，包括峰值旁瓣比（PSLR）约为-13.5dB，积分旁瓣比（ISLR）约为-10.0dB，以及名义分辨率与阵元尺寸的一半相匹配。然而，这些理想化的参数并不反映实际情况，因为实际的阵元指向性并非矩形，而是由收、发阵元的sinc2函数共同决定。 考虑到"停-走-停"的操作模式，阵元指向性的影响可以更精确地建模。文献[8]引入了3dB主瓣宽度内的sinc2函数调制，但这仍然忽略了主瓣之外信号对孔径合成的贡献。实际上，主瓣边缘的信号强度衰减只有6dB，而不是完全消失，这可能导致忽略重要的回波信息，同时也会忽视方位向的频谱混叠效应。 本文针对这个问题，提出了一种新的回波仿真方法，该方法基于收、发阵元与目标之间的瞬时几何位置，对距离向频域的阵元指向性进行调制处理。通过后向投影算法（BP）进行深入研究，以考察指向性如何影响SAS的成像质量。此外，利用加权处理的传统阵列处理结果来验证SAS分析的准确性。 考虑收、发阵元指向性的SAS成像仿真不仅能够验证成像算法的正确性，还能为SAS系统参数的设计提供更为精确的指导。它能反映出真实数据录取场景，帮助分析依据3dB主瓣宽度内的多普勒带宽设计的系统参数是否合理，从而提高SAS系统的整体性能和成像分辨率。这一研究对于优化SAS系统的硬件配置和算法设计具有重要意义，确保在实际应用中获得更高质量的水下图像。