水下目标声成像仿真与研究

摘要

声成像技术已经成为目前海洋研究领域的重要技术，声成像系统能克服复杂的水文环境，以直观、丰富、立体的图像来显示被观测区域的水下环境，及识别水下目标方位及目标位置。本文设计并实现了一个机械扫描声呐成像系统，利用该系统对消声水池扫描一周并采集实验数据，采用波束形成、匹配滤波等方法处理数据，将处理结果以彩色图像显示出来，取得了一些较有价值的结果。
　　在声成像技术中，针对波束形成声成像、声透镜成像和声全息成像三种常用的成像方式分别进行了详细分析和介绍。接着重点介绍了波束形成的基本原理、多波束成像技术、及影响波束形成的几点因素，为波束形成声成像提供了理论依据。
　　分别从二维成像和三维成像两个方面介绍了波束形成声成像，其中二维成像中简要介绍了波束形成、匹配滤波方法。三维成像中简要介绍了多角度扫描、聚焦波束形成方法。
　　在理论分析的基础上，完成了机械扫描声呐成像系统的方案设计，给出了方案的系统框图并对框图中的各个模块进行了详细介绍。也给出了硬件系统组成，重点介绍了发射阵T63和L阵的性能参数、消声水池实验三维图及数据处理流程图。为验证方案的正确性，通过消声水池实验测试该系统的可行性和有效性。实验结果表明，该机械扫描声呐成像系统可行且有效。
　　最后，通过对水池实验数据的处理和分析，验证了机械扫描声呐成像硬件系统和数据处理系统的有效性，实验结果表明，该成像系统能够有效进行水池的二维成像（回波时间-强度历程图、俯视图、侧视图）及水池的局部三维成像，具备了很好的水下目标声成像能力。

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第一章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 成像声呐的技术概况

1．3 成像声呐的国内外发展状况

1．4 论文内容安排

第二章 水下声成像基本原理

2．1 常用声成像技术

2．1．1 波束形成成像

2．1．2 声透镜成像

2．1．3 声全息成像

2．2 波束形成原理

2．2．1 波束形成的基本原理

2．2．2 多波束形成技术

2．2．3 波束形成几点要素

2．3 本章小结

第三章 波束形成声成像算法和仿真

3．1 二维声成像

3．1．1 二维声成像技术

3．1．2 波束形成实现

3．1．3 匹配滤波

3．1．4 二维成像仿真

3．2 三维成像

3．2．1 三维成像方法

3．2．2 多角度扫描

3．2．3 聚焦波束形成

3．3 本章小结

第四章 机械扫描声呐成像系统方案设计

4．1 总体方案设计

4．2 硬件系统介绍

4．2．1 硬件系统组成

4．2．2 主要设备介绍

4．2．3 系统平台搭建

4．2．4 实验参数选择

4．3 水下声成像数据处理系统

4．3．1 数据处理流程图

4．3．2 系统模块介绍

4．4 系统初步测试

4．5本章小结

第五章 消声水池验证性实验与结果分析

5．1 机械草庙成像实施方法

5．2 二维成像实验结果与分析

5．2．1 回波历程图

5．2．2 单通道俯视图

5．2．3 波束自然指向性俯视图

5．2．4 不同垂直扫描角度俯视图

5．2．5 目标区域侧视图

5．3 局部三维成像显示

5．3．1 本章小结

第六章 全文总结与展望

参考文献

致谢