合成孔徑聲吶運動補償

從?SAS?概念的提出到現在，運動補償一直是本領域關注的焦點問題。對于合成孔徑處理，“運動”既是解答又是問題。一方面，孔徑的合成依靠運動；另一方面，運動誤差（運動未按照理想模型進行而帶來的誤差）會對成像質量產生影響。運動誤差的測量、估計及補償是?SAS?處理中十分關鍵的問題。

該方面的研究是在借鑒?SAR?領域的成果之上進行的。SAS?運動基本思路是按照大的運動誤差抑制由運動誤差估計及補償實現，殘余的運動誤差及聲波傳輸媒質不穩定的影響可通過回波數據的相關性進一步補償。

盡管從起步階段一直是關注的問題，也取得一系列研究成果，SAS?運動補償研究遠未成熟。而且隨著分辨率、作用距離等需求不斷提升，工程上對運動補償要求也越來越高。

基于回波的運動補償

根據理論分析，運動誤差超過波長的?1/8?就會對?SAS?成像產生明顯影響。早期?SAS?運動補償研究，主要集中在回波數據的相關性及其在運動補償方面的應用上。因為驗證主要依拖曳平臺進行，較少配置運動測量設備，即使配有高性能的組合慣性測量（或慣導）也達不到要求的精度。

基于回波數據的運動補償主要圍繞?DPC（displaced phase center）或改進型展開。DPC?方法與雷達成像中的動目標檢測相似，利用多接收子陣相鄰周期回波的重疊相位中心相位，估計出運動誤差，從而進行運動補償，相關研究也有一些成果。

通過各距離上回波數據?DPC?及平均處理，可以得到運動誤差估計，再將得到的估值修正各距離上回波數據，就完成了運動補償過程。這類基于回波的運動補償，在仿真試驗和實驗室水槽試驗中，可以取得較好效果。但是，對湖海上試驗數據，運動補償效果還存在魯棒性問題。與?SAR?不同，SAS?成像具有大距離向開角的特點，空變效應明顯。非理想運動航跡產生的誤差，映射到不同距離的回波數據上，盡管變化規律相近但誤差曲線不完全相同，空變效應越大、誤差曲線差異性越大。解決空變的方法按照距離分段進行運動誤差估計及其相應的運動補償，但是分段過多會帶來誤差估計信噪比降低、各段邊緣相位連續性變差等問題。

基于運動傳感器的運動補償

SAR?運動平臺（如飛機、衛星等）一般配有運動傳感器（慣導），SAR?成像中通過運動傳感器進行運動補償（粗補償），并通過后續的圖像域進行自聚焦處理，對殘余誤差進行補償（精補償）。

SAS?研究早期中采用拖曳試驗平臺一般不配備高精度運動傳感器。隨著?SAS?技術不斷發展、工程上也開始得到應用，近年來先進的?SAS?系統也開始配組合運動傳感器（如光纖陀螺儀、聲學多普勒計程儀、水下超短基線定位儀等）。另外，無人潛航器（UUV）平臺都配有慣導系統，可為?UUV?搭載的?SAS?系統提供運動測量信息，用于相應運動補償。

法國?Xblue?公司采用?Phins?組合運動傳感器與?DPC?融合方面，一直開展相關研究，并取得一定進展。

相關文章