水中目标逆合成孔径成像技术研究

在鱼雷声自导中，真假目标识别和目标要害部位识别（特别是真假目标识别）有着开展深入研究的必要性和迫切性。随着具有尺度模拟能力的自航式诱饵的出现，使得传统的真假目标识别方法面临严峻的挑战。而基于目标成像的识别方法则能够形成目标的声学像，通过直观的声学像能够显著提高真假目标识别的准确性。因此，目标成像为鱼雷声自导提供了判定目标真伪、确定目标关键部位的一种最为有效和直观的手段。其中，逆合成孔径成像适用于低速水中兵器对水下目标成像。.本项目以低速水中兵器为研究背景，建立水中目标逆合成孔径（简称ISA）成像的数学模型与仿真平台，并针对实际的水声环境，提出切实可行的ISA成像方法，并通过仿真试验和缩比例模型水池试验验证ISA成像方法的有效性，为工程化应用打下坚实的基础。通过本项目研究，预期为增强低速水中兵器的真假目标识别能力和要害部位识别能力做好技术储备。其研究成果也可应用于声纳，提高声纳的识别性能。

逆合成孔径（ISA）成像是实现水中目标探测和识别的一种新思路，本项目详细研究了ISA的理论模型、成像算法、运动补偿与自聚焦技术。研究了卷积-逆投影成像、基于维格纳-威利分布改进算法的距离-多普勒成像等方法，以及ISA在鱼雷自导中的应用。立足工程运用，规范了ISA的信号模型，对匀速直线运动目标，研究应用了时域正合（精确）算法、快速相关算法、距离-多普勒算法和波数域算法，开发了MATLAB软件工具包；对转向运动目标，研究的等效圆周合成孔径法利用双线性内插和快速傅里叶变换，在逆合成孔径大小少量损失的情况下，有效提高了成像效率。研究了平移相位中心运动补偿技术与相位梯度自聚焦技术；研究了基于亮点迹线跟踪的ISA运动补偿技术；将非均匀FFT技术与距离徙动算法结合，提出了NUFFT-RMA孔径合成算法，移除了常规波数域算法中的Stolt映射操作。研究了基于空时谱积分的距离-方位成像技术，能同时提高目标检测性能。仿真分析验证了本项目所研究算法的有效性，并通过水池试验，实现了转动目标的成像，并利用三元接收阵实现了多目标分辨，利用海上掩埋目标的数据，再现了目标的尺度特征，证明了ISA在水中目标探测和识别方面具有广阔的应用前景。