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专利名称：一种用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统及方法
技术领域：
本发明涉及声纳信号处理领域，特别涉及一种用于多子阵合成孔径声纳的模拟 系统及方法。
背景技术：
合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar: SAS)利用小尺寸基阵在方位向的移 动形成虚拟大孔径，通过对不同位置的声纳回波信号进行相干处理，从而获得高分 辨率的声纳图像。
因为合成孔经声纳系统包括数据采集、数据发送以及信号处理等多个�？椋�因 此合成孔径声纳干端和湿端系统联合调试的难度比较大，在实验室调试的过程中， 无法进行全系统调试。因此需要一种可用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统。通过 此模拟模拟系统可以生成目标的仿真信号，并将仿真信号通过DA输出，完成实验 室中对合成孔径声纳的全系统调试。

发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于多子阵合成孔径声纳的 模拟系统与方法。该系统及方法采用基于模型的建模方法，可以模拟点目标和面目 标的原始回波数据，另外本发明采用多处理器进行并行仿真计算保证仿真的实时性。
为了实现上述目的，本发明提供的用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统包括 一仿真计算�？椋�用于根据输入的系统仿真参数、仿真目标信息、声纳基阵运
动信息及声纳基阵的当前位置和姿态信息，计算目标的回波数据信号，并将目标回
波数据信号送入模拟输出�？楹托藕畔允灸？�。
一模拟输出�？椋�用于将目标回波数据信号转换为模拟信号输出。及 一信号显示�？椋�用于显示仿真计算�？榧扑愕玫降哪勘昊夭ㄊ�据信号。 其中，所述仿真计算�？榘�括-
一发射波束覆盖区域计算�？椋�用于计算发射波束覆盖区域
首先采用椭圆锥近似发射波束的主瓣形状，椭圆锥与地平面交线为一椭圆，该 椭圆的两轴为a和6，假设r^为声波束覆盖的最远距离，贝U:其中A、 ^分别为声纳基阵的方位向开角和垂直向开角。
其次，采用一个多棱锥0^尸2...巧逼近椭圆锥并近似发射波束的主瓣形状，假设平 面Oi^)+,的平面方程为
7 (4,3，G，李4x+4y+c;z+Z^ =0;
对于目标点"。，乂。,z,。)，如果满足&[P2 >0]丰>0]& &[尸 >0];
则目标(U,。，z,。)处在发射波束的照射范围内。 一点目标回波数据计算�？椋�用于计算点目标回波数据
取发射阵和接收阵中心为随阵坐标系坐标原点，在合成孔径声纳基阵三维运动的 坐标系中，平动采用随阵坐标系原点表示；转动釆用声纳基阵的方向矢量表示，假 设声纳基阵与;c， ^和z轴的夹角为a， / 和y，则方向矢量为
W 「
d = jpos " cos々 cos ;^J 。
声纳基阵采用收发分置的模型，发射阵和接收阵在发射时的位置为《(o和Sw，
接收时的位置分别为《("&)和^(/ + ^)，点目标的位置为^=[^ y,。， ；]， Af通 过下述方程得到
flAf2 + 6Af + c = 0 其中，a,-C2) ; "2v、 《)+ 2^"(A,) + 2r'C;
c = /;(△,) +— ~).y;(△,); /, (△,) = o^s" ri x"(, + — q^" ,r x j(,);
J"("a0 = cos[a(, + a0 / (, + △,) W + ")]; = cos [a (Z) / (/)
巧=V"力)—+0^(0_少加)2 +(z,r(0 — z,。,)2 ; ^ 4')(0 + 乂(0 + 4(0 。
其中，0ffSetH和0ffSeW是分别是声纳接收阵、声纳发射阵中心到坐标原点的 线性距离。
假设发射时的波形为则点目标的回波信号为
sr = / 0 — 。
一发射波束照射的百标点计算�？椋�用于计算发射波束照射的目标点 首先采用三角面元的阴影区计算发射波束照射不到的目标点，假设发射阵的位置 为0:fe,》,&)，其中第,'个三角面元K,K^形成的阴影区为^C，则处在第J'个三角面 元形成的阴影区中的目标必然符合下面条件
G >。]&[尸>0]&[fe >0]丰,,<0];
则第,个三角面元形成的阴影区中的目标点集合为
则所有三角面元即目标形成的阴影区中的目标点集合为
8然后将阴影点集合r必M 从目标点集中去除后剩余的目标点集即为发射波束照射的 目标点，发射波束照射到的目标点即为用于生成回波数据的目标点集。
一回波数据生成�？椋�用于回波数据的生成
根据公式G =[尸咖>0]&[PofiC >0]&[7^ >0]&[^眺<0] 、 7^Sffl^ = {(X,,"，z,)I G}及 7^MfD = U7^57^D2 U…U7MSZ/A ，计算出处在非阴影区的所有的
目标集合为
根据公式^ = p"-M)，计算出目标集合M的回波延时
根据公式nfel(n^))和AM^A^Ifejw^)},得到目标集M的回波数据为
=》W-; 其中c,.为目标点to,的目标强度系数。
其中，模拟输出模块将多通道数据同时转换为模拟信号输出，并可用于合成孔径 声纳系统全系统测试。
其中，所述系统仿真参数包括发射信号的中心频率、发射信号的信号带宽、发 射信号的脉冲宽度、发射信号的脉冲重复周期、回波信号仿真的采样频率、发射阵 孔径大小、接收子阵孔径大小、接收子阵的阵元个数、合成孔径声纳系统测绘带起 始位置及合成孔径声纳系统测绘带结束位置。
其中，所述仿真目标信息包括目标的模型和目标位置、目标强度信息。对于
点目标而言，不用进行特别的建模，目标信息中只需给出点目标的目标强度、目标
位置等信息；对于面目标而言，本发明中采用三角面元和点混合建模方法。
其中，所述声纳基阵运动信息包括仿真开始时，合成孔径声纳系统声纳基阵 在坐标系中所处的位置和姿态；仿真时间段中，合成孔径声纳基阵在坐标系中所处 的位置和姿态；所述声纳基阵的位置和姿态信息存储在文件中或者内存中。
多子阵合成孔径声纳系统一般由一个发射阵和多个接收子阵组成，每个接收子 阵的回波数据仿真计算方法类似。发射基阵发射声波以后经过各个目标反射并经过 接收子阵接收和信号放大�？橐院笮纬稍�始回波数据，在仿真过程中不考虑信号放 大�？榈淖饔茫�直接仿真接收子阵接收到的原始回波数据。原始回波数据与发射阵 的位置、接收阵的位置以及目标位置等因素有关。有些合成孔径声纳系统中同时存 在两个发射阵，此时接收子阵的原始回波数据仿真方法与一个发射阵的情况类似。 本发明提供的一种用于多子阵合成孔径声纳的模拟方法，包括以下步骤(1) 设定系统的仿真参数、仿真目标信息和声纳基阵运动信息。
(2) 读取声纳基阵的当前位置和姿态。
(3) 仿真计算�？楦�据输入的系统仿真参数、仿真目标信息、声纳基阵运动信 息及声纳基阵的当前位置和姿态信息，计算各接收子阵的回波数据信号，并将目标 回波数据信号送入模拟输出�？楹托藕畔允灸？�。
(31) 计算发射波束覆盖区域 首先采用椭圆锥近似发射波束的主瓣形状，椭圆锥与地平面交线为一椭圆，该
椭圆的两轴为a和6，假设^M为声波束覆盖的最远距离，贝IJ:
其中，A、 "2分别为声纳基阵的方位向开角和垂直向开角，
其次，采用一个多棱锥0/^2...巧逼近椭圆锥并近似发射波束的主瓣形状，假设平 面OAi^的平面方程为
《(4,S,G，李扭勤+Gz+。 =0;
对于目标点(;c,。 ，》。，Z,。) 7 如果满足
> 0] , > 0] &[尸3 > 0] ife…丰> 0];
则目标"。,A,z,。)处在发射波束的照射范围内。
(32) 计算点目标回波数据 取发射阵和接收阵中心为随阵坐标系坐标原点，在合成孔径声纳基阵三维运动的
坐标系中，平动采用随阵坐标系原点表示；转动采用声纳基阵的方向矢量表示，假 设声纳基阵与x， y和z轴的夹角为a, p和z，则方向矢量为
d - Lcos " cos P cos ;r j
声纳基阵采用收发分置的模型，发射阵和接收阵在发射时的位置为《《和，
接收时的位置分别为《("A,)和《("AO，点目标的位置为S,k. _y,。， ^,]， ^通 过下述方程得到
<formula>formula see original document page 10</formula>
线性距离。
假设发射时的波形为p(O，则点目标的回波信号为:=一 °
(33) 计算发射波束照射的目标点 首先采用三角面元的阴影区计算发射波束照射不到的目标点，假设发射阵的位置
为0:fe，》,W，其中第!个三角面元P^^形成的阴影区为^^C，则处在第i个三角面 元形成的阴影区中的目标必然符合下面条件
G = [; > 0] > 0丰OM > 0]丰,,3 < 0；
则第Z个三角面元形成的阴影区中的目标点集合为
T"风={(;c,,l，z,)|C,};
则所有三角面元即目标形成的阴影区中的目标点集合为
= rj甜A u tms 2 u…u 7V^//A ;
然后将阴影点集合7xwro从目标点集中去除后剩余的目标点集即为发射波束照射的 目标点，发射波束照射到的目标点即为用于生成回波数据的目标点集。
(34) 生成回波数据
根据公式G =[尸咖>0]&[尸脱>0]&[/ ^ >0]&[^曙3 <0] 、 T^fflQ = (0',乂,z,) I G}及 7^S//D = 7MS/fZ^ U7^S/^2 U…U7^5//0 ，计算出处在非阴影区的所有的目 标集合为
"={toi|(Hzw)}; 根据公式^ =/^ —计算出目标集合^的回波延时
根据公式r^似ifejw&》和AM={A|fe，:^,^)}，得到目标集M的回波数据为
其中c,为目标点to,的目标强度系数。 (4)模拟输出模块将仿真计算的回波数据信号转换为模拟输出；同时通过信号 显示�？橄允�。
本发明的优点在于
1、 本发明提供的多子阵合成孔径声纳的模拟系统及方法能同时生成多子阵目标 回波信号。
2、 本发明提供的多子阵合成孔径声纳的模拟系统及方法可以生成点目标和面目 标回波信号。
3、 本发明提供的多子阵合成孔径声纳的模拟系统及方法可以模拟基阵三维六自 由度运动时的目标回波数据。
11图l是本发明用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统结构图2是本发明用于多子阵合成孔径声纳的模拟方法流程图3是本发明实施例目标的三角面元表示的圆球图4是本发明实施例目标的点表示的圆球图5是本发明实施例声程计算示意图6是本发明实施例发射波束示意图7是本发明实施例发射波束与底平面交线示意图8是本发明实施例声纳基阵的平动示意图9是本发明实施例声纳基阵的转动示意

图10是本发明实施例收发分置延时示意图11是本发明实施例基于三角面元的声线追踪和阴影区域计算示意图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明的用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统及方法做 进一步阐述。
本实施例用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统结构，如图1所示，包括仿真 计算模块、模拟输出�？榧靶藕畔允灸？椤Ｆ渲校�所述仿真计算模块包括发射波 束覆盖区域计算�？�、点目标回波数据计算�？�、发射波束照射的目标点计算模块 和回波数据生成�？�。
本实施例用于多子阵合成孔径声纳的模拟方法的流程，如图2所示，包括 (1)设定系统的仿真参数、仿真目标信息和声纳基阵运动信息；
其中，所述系统仿真参数包括发射信号的中心频率、发射信号的信号带宽、发 射信号的脉冲宽度、发射信号的脉冲重复周期、回波信号仿真的采样频率、发射阵 孔径大小、接收子阵孔径大小、接收子阵的阵元个数、合成孔径声纳系统测绘带起 始位置及合成孔径声纳系统测绘带结束位置。
其中，所述仿真目标信息包括目标的模型和目标位置、目标强度信息。对于 点目标而言，不用进行特别的建模，目标信息中只需给出点目标的目标强度、目标 位置等信息；对于面目标而言，本发明中采用三角面元和点混合建模方法。图3、图 4中给出了采用三角面元和点对目标建模的一个实例。
其中，所述声纳基阵运动信息包括仿真开始时，合成孔径声纳系统声纳基阵在坐标系中所处的位置和姿态；仿真时间段中，合成孔径声纳基阵在坐标系中所处 的位置和姿态；所述声纳基阵的位置和姿态信息存储在文件中或者内存中。
(2) 读取声纳基阵的当前位置和姿态；
(3) 仿真计算�？楦�据输入的系统仿真参数、仿真目标信息、声纳基阵运动信 息及声纳基阵的当前位置和姿态信息，计算各接收子阵的回波数据信号，并将目标 回波数据信号送入模拟输出�？楹托藕畔允灸？�。
(31) 计算发射波束覆盖区域-
图5是声程计算示意图，为了便于计算，采用椭圆锥近似发射波束的主瓣形状。 椭圆锥与地平面交线为一椭圆，其两轴"和6的长度可以计算出来。假设"max为声波 束覆盖的最远距离，贝IJ:
a* l广max " " 2,max (!)
其中 "1、 "2分别为声纳基阵的方位向开角和垂直向开角，
椭圆锥的解析表达式求解过程非常繁琐，因此采用一个多棱锥逼近椭圆锥并近
似发射波束的主瓣形状。如图6、图7所示，采用棱锥"^2…^近似发射波束的主瓣 形状，假设平面G^^"的平面方程为
f (4,5,, C, ， A) = 4乂 + &少+ C,z + A = 0 (2)
则对于目标点(Hz'。)，如果满足& [尸2 > o]& [尸3 > o]&—& [p > o] (3)
则目标"。， ，z'。)处在发射波束的照射范围内。
(32) 计算点目标回波数据 取发射阵和接收阵中心为随阵坐标系坐标原点，合成孔径声纳基阵三维运动的坐
标系，如图8所示，平动对合成孔径声纳基阵上任意一点是相同的，因此可以采用 随阵坐标系原点来表示；如图9所示，转动采用声纳基阵的方向矢量来表示，假设 声纳基阵与h j;和z轴的夹角为"，々和^，则方向矢量为
<5 = [cos a cos〃 cos;k] (4) 声纳基阵采用收发分置的模型，如图10所示，发射阵和接收阵在发射时的位置 为《(/)和SW，接收时的位置分别为《(f + Af)和+ ，点目标的位置为
L ;]，点目标回波模型的关键问题即计算A" AZ可以通过求解下述二 次方程来得到。
"Af2 +総+ c = 0 (5) 13其中
6 = (《-^) + 2，- /(A,) + 2r,C
c =
^W)f+2d:)如)
+ AO = cos[or(r + A,) / (> + △,) W + AO] J(,) = C+(,)刷,(,)]
n = (0 - ) + (0—x。,) + k (0—z'。,)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
+ (13) OffSetri和OffSettr是声纳接收阵和声纳发射阵中心到坐标原点的线性距 离(摇臂长度)。
假设发射时的波形为;7(0，如果不考虑发射和接收的指向性，则点目标的回波信 号为
sr = / (n) (14)
(33) 计算发射波束照射的目标点
采用三角面元的阴影区计算发射波束照射不到的目标点。如图11所示，假设发
射阵的位置为0:fe，》，&)，其中第/个三角面元P^^形成的阴影区为WC，则处在第 i个三角面元形成的阴影区中的目标必然符合下面条件
G = [p脇> o& [尸直> oj & [一 > o] & < o] (15)
则第；个三角面元形成的阴影区中的目标点集合为
7M卿,',j;,，z,)IG) (16) 则所有三角面元即目标形成的阴影区中的目标点集合为
7MSffl) = :r必ffl), U7M5kd2 u…ur必叫 (17)
将阴影点集合r必ffl)从目标点集中去除后剩余的目标点集即发射波束照射的目标 点，发射波束照射到目标点即用于生成回波数据的目标点集。
(34) 生成回波数据
根据(15)至(17)式可以计算出处在非阴影区的所有的目标集合为
14n歸uw幼》 (18) 根据(14)式，可以求得目标集合M的回波延时
AE4 = {H,;^)} (19) 综合(18)至(19)式，可得目标集M的回波数据为
Sf》沐-仏) (20)
其中c,.为目标点"的目标强度系数。
(4)模拟输出�？榻�仿真计算的回波数据信号转换为模拟输出；同时通过信号 显示模块显示。
其中，模拟输出�？榻�多通道数据同时转换为模拟信号输出，并可用于合成孔径 声纳系统全系统测试。
多子阵合成孔径声纳系统一般由一个发射阵和多个接收子阵组成，每个接收子 阵的回波数据仿真计算方法类似。发射基阵发射声波以后经过各个目标反射并经过 接收子阵接收和信号放大模块以后形成原始回波数据，在仿真过程中不考虑信号放 大模块的作用，直接仿真接收子阵接收到的原始回波数据。原始回波数据与发射阵 的位置、接收阵的位置以及目标位置等因素有关。有些合成孔径声纳系统中同时存 在两个发射阵，此时接收子阵的原始回波数据仿真方法与一个发射阵的情况类似。
权利要求
1、一种用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统，其特征在于，所述模拟系统包括一仿真计算模块，用于根据输入的系统仿真参数、仿真目标信息、声纳基阵运动信息及声纳基阵的当前位置和姿态信息，计算目标的回波数据信号，并将目标回波数据信号送入模拟输出�？楹托藕畔允灸？椋灰荒Ｄ馐涑瞿？椋�用于将目标回波数据信号转换为模拟信号输出；及一信号显示�？椋�用于显示仿真计算�？榧扑愕玫降哪勘昊夭ㄊ�据信号。
2、 根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述仿真计算�？榘�括 一发射波束覆盖区域计算�？椋灰坏隳勘昊夭ㄊ�据计算�？椋� 一发射波束照射的目标点计算�？椋缓� 一回波数据生成�？椋凰�述发射波束覆盖区域计算�？椋�用于计算发射波束覆盖区域 首先采用椭圆锥近似发射波束的主瓣形状，椭圆锥与地平面交线为一椭圆，该 椭圆的两轴为fl和6，假设^^为声波束覆盖的最远距离，贝lj:<formula>formula see original document page 2</formula>其中"i、 "2分别为声纳基阵的方位向开角和垂直向开角，其次，采用一个多棱锥0^2..冗逼近椭圆锥并近似发射波束的主瓣形状，假设平 面Oi^;+,的平面方程为<formula>formula see original document page 2</formula>对于目标点"。,^,z,。)，如果满足<formula>formula see original document page 2</formula>则目标"。,》。,z,。)处在发射波束的照射范围内；所述点目标回波数据计算模块，用于计算点目标回波数据-取发射阵和接收阵中心为随阵坐标系坐标原点，在合成孔径声纳基阵三维运动的坐标系中，平动采用随阵坐标系原点表示；转动釆用声纳基阵的方向矢量表示，假 设声纳基阵与x， y和z轴的夹角为a,"和y，则方向矢量为<formula>formula see original document page 2</formula>声纳基阵采用收发分置的模型，发射阵和接收阵在发射时的位置为e(o和《w，接收时的位置分别为《("AO和S("AO，点目标的位置为《,=[& 乂。， Z,」，Af通 过下述方程得到<formula>formula see original document page 2</formula>其中，"4，-C2) ; "2，^-^) + 2f-iT(A,) + 2^:;+ AO = cos[or(/+ △/) 外+ A/) ;<"△,)]; = cos [a (,) y(O];n =V(^(0 — ^)2+(>V(0 — A )2+(z ^) — zto)2 ; ~ = V^(0 + 乂(0 + 4(/);其中，OffSeU和OffSeW是分别是声纳接收阵、声纳发射阵中心到坐标原点的 线性距离；假设发射时的波形为ao，则点目标的回波信号为= 一 AO ;所述发射波束照射的目标点计算�？椋�用于计算发射波束照射的目标点 首先采用三角面元的阴影区计算发射波束照射不到的目标点，假设发射阵的位置 为0:(&》,z。，其中第,个三角面元K,KA形成的阴影区为朋C，则处在第i个三角面 元形成的阴影区中的目标必然符合下面条件C, = [; 〉0] &[P0SC >0]丰OM > 0] &[尸,3 <0]; 则第, 个三角面元形成的阴影区中的目标点集合为贝,有三角面元即目标形成的阴影区中的目标点集合为-然后将阴影点集合MS/ro从目标点集中去除后剩余的目标点集即为发射波束照射的 目标点，发射波束照射到的目标点即为用于生成回波数据的目标点集；所述回波数据生成模块，用于回波数据的生成根据公式G =[尸鹏>0J&[fOflC X)]&[尸m >0]&[尸關化<0] 、 T^SHD, = (0,，乂,z,) Ig}及rAs/fZ) = w57/a ur^s7/z)2 u...ut^s//a ，计算出处在非阴影区的所有的目标集合为根据公式^ ，计算出目标集合M的回波延时根据公式 ^=扭Ife,j^,;))和AZ^={A Ife,&,&》，得到目标集的回波数据为其中c,为目标点to,的目标强度系数。
3、根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述系统仿真参数包括发射信号的中心频率、发射信号的信号带宽、发射信号的脉冲宽度、发射信号的脉冲重复周期、回波信号仿真的采样频率、发射阵孔径大小、接收子阵孔径大小、接收子 阵的阵元个数、合成孔径声纳系统测绘带起始位置及合成孔径声纳系统测绘带结束 位置。
4、 根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述仿真目标信息包括目 标的模型和目标位置、目标强度信息。
5、 根据权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述声纳基阵运动信息包括-仿真开始时，合成孔径声纳系统声纳基阵在坐标系中所处的位置和姿态；仿真时间 段中，合成孔径声纳基阵在坐标系中所处的位置和姿态；所述声纳基阵的位置和姿 态信息存储在文件中或者内存中。
6、 一种用于多子阵合成孔径声纳的模拟方法，该方法包括以下步骤(1) 设定系统的仿真参数、仿真目标信息和声纳基阵运动信息；(2) 读取声纳基阵的当前位置和姿态；(3) 仿真计算�？楦�据输入的系统仿真参数、仿真目标信息、声纳基阵运动信 息及声纳基阵的当前位置和姿态信息，计算各接收子阵的回波数据信号，并将目标 回波数据信号送入模拟输出�？楹托藕畔允灸？�(4) 模拟输出�？榻�仿真计算的回波数据信号转换为模拟输出；同时通过信号 显示�？橄允�。
7、 根据权利要求6所述的模拟方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括以下子步骤(31)计算发射波束覆盖区域 首先采用椭圆锥近似发射波束的主瓣形状，椭圆锥与地平面交线为一椭圆，该 椭圆的两轴为fl和6，假设^^为声波束覆盖的最远距离，贝U:asAQax 6 /max ; 其中",、^分别为声纳基阵的方位向开角和垂直向开角，其次，采用一个多棱锥0^,2..., 逼近椭圆锥并近似发射波束的主瓣形状，假设平 面<9巧/^的平面方程为《(4，S，G，Q)二扭4y+Gz+Q =0;对于目标点^ 如果满足[i^0]丰>0]丰>0]1丰 >0];则目标Oc,。，》。，z,。)处在发射波束的照射范围内；(32) 计算点目标回波数据 取发射阵和接收阵中心为随阵坐标系坐标原点，在合成孔径声纳基阵三维运动的坐标系中，平动釆用随阵坐标系原点表示；转动采用声纳基阵的方向矢量表示，假 设声纳基阵与x， y和z轴的夹角为"，/ 和z，则方向矢量为d = [COS "COS COS yj声纳基阵采用收发分置的模型，发射阵和接收阵在发射时的位置为《(o和sw，接收时的位置分别为《("AO和S("Af)，点目标的位置为《,k. y,。， Z,a,.]， &通 过下述方程得到aA/2 + 6Af + c = 0 J中，4T-C2〔 ； "2C) + 2f如)+ 2r,C; c = I,(△《+ 2(《—S,)'乂(AO ; /(△/) = . x + △/) — Oi/Se, ,r x J(O ; += W + ")]; i"(0 = cos[a(0/ (/) z(/)];n = V(斗(o一&)2+oao—k,)2+ofr(,)_zto,)2; ~ = aK") + ^) + 4(0 ;其中，OffSetH和OffSettr是分别是声纳接收阵、声纳发射阵中心到坐标原点的 线性距离；假设发射时的波形为/K0 ，则点目标的回波信号为- sr = - ;(33) 计算发射波束照射的目标点首先采用三角面元的阴影区计算发射波束照射不到的目标点，假设发射阵的位置为0:^,》，&)，其中第Z个三角面元^^3形成的阴影区为」5C，则处在第i个三角面 元形成的阴影区中的目标必然符合下面条件G =[; >0]&[尸《^ >0]丰,3 <0];则第,个三角面元形成的阴影区中的目标点集合为7^S风={"，_y,,z,)|C,};则所有三角面元即目标形成的阴影区中的目标点集合为然后将阴影点集合r^ffl 从目标点集中去除后剩余的目标点集即为发射波束照射的目标点，发射波束照射到的目标点即为用于生成回波数据的目标点集；(34) 生成回波数据根据公式G =[尸咖>0]&[尸匿>0]&[/^>0]&[&顯3 <0] 、 T^SHD, = {(x,,_y,,z,)| G〕及 7^S//D = WSi/A U7^Si/D2 U…U7MS/fA ，计算出处在非阴影区的所有的目 标集合为7^ = telfeUto)}; 根据公式^ = i7(,-AO ，计算出目标集合7>/的回波延时根据公式 ^扭lfe，;^,;》和AK4={A^|feuto)}，得到目标集M的回波数据为 其中A为目标点to,的目标强度系数。
8、 根据权利要求6所述的模拟方法，其特征在于，所述系统仿真参数包括发射 信号的中心频率、发射信号的信号带宽、发射信号的脉冲宽度、发射信号的脉冲重 复周期、回波信号仿真的采样频率、发射阵孔径大小、接收子阵孔径大小、接收子 阵的阵元个数、合成孔径声纳系统测绘带起始位置及合成孔径声纳系统测绘带结束 位置。
9、 根据权利要求6所述的模拟方法，其特征在于，所述仿真目标信息包括目 标的模型和目标位置、目标强度信息。
10、 根据权利要求6所述的模拟方法，其特征在于，所述声纳基阵运动信息包括 仿真开始时，合成孔径声纳系统声纳基阵在坐标系中所处的位置和姿态；仿真时间 段中，合成孔径声纳基阵在坐标系中所处的位置和姿态；所述声纳基阵的位置和姿 态信息存储在文件中或者内存中。
全文摘要
本发明涉及一种用于多子阵合成孔径声纳的模拟系统及方法。该系统包括仿真计算�？�、模拟输出�？榧靶藕畔允灸？�。其中，所述仿真计算�？榘�括发射波束覆盖区域计算�？�、点目标回波数据计算�？�、发射波束照射的目标点计算�？楹突夭ㄊ�据生成�？�。该方法步骤包括(1)设定系统的仿真参数、仿真目标信息和声纳基阵运动信息；(2)读取声纳基阵的当前位置和姿态；(3)计算各接收子阵的回波数据；(4)将仿真计算的回波数据转换为模拟输出(通过DA板)。本发明的系统及方法可以同时生成多子阵目标回波信号、点目标和面目标回波信号、模拟基阵三维六自由度运动时的目标回波数据，完成实验室中对合成孔径声纳系统的全系统调试。
文档编号G01S7/52GK101650427SQ200810224788
公开日2010年2月17日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者维 刘, 刘纪元, 张春华 申请人:中国科学院声学研究所