1、合成孔徑聲納(Synthetic Aperture Sonar-SAS)成像是水下目標(biāo)探測(cè)與定位的一種有效手段是。常規(guī)單基地SAS成像基于點(diǎn)目標(biāo)假設(shè)，不考慮合成孔徑內(nèi)目標(biāo)散射模式(Target Scattering Patten-TSP)起伏，僅僅接收目標(biāo)后向散射回波。當(dāng)目標(biāo)被建模為分布型目標(biāo)時(shí)，它引起的目標(biāo)起伏是影響主動(dòng)聲納性能的討厭參量，并不能通過常規(guī)SAS成像利用的相干積累去克服；同時(shí)，由于TSP有限主瓣寬度造成的聲影區(qū)，限制了合

2、成孔徑長(zhǎng)度。
　　 收發(fā)異置的雙基地聲納可以從不同角度觀察目標(biāo)，充分挖掘目標(biāo)散射模式的角度依賴特性，在對(duì)水下人造目標(biāo)檢測(cè)與定位方面，相對(duì)僅僅觀測(cè)后向散射的單基地聲納有明顯的優(yōu)勢(shì)。兌現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)的前提之一是對(duì)水下目標(biāo)散射模式進(jìn)行分析與建模，并應(yīng)用到信號(hào)處理算法中。雙基地思想與多進(jìn)多出(Multiple Input MultipleOutput-MIMO)思想同樣體現(xiàn)了一個(gè)“多”字，均正視水聲目標(biāo)存在空間衰落并加以利用，可以理解為MI

3、MO聲納的一個(gè)特例。
　　 本論文以“MIMO合成孔徑聲納處理目標(biāo)檢測(cè)與定位”為主題，旨在解決合成孔徑處理面對(duì)分布型目標(biāo)時(shí)所遇到的若干問題，以獲得水下目標(biāo)以及地貌的高分辨成像，為水下目標(biāo)檢測(cè)與定位提供依據(jù)。研究?jī)?nèi)容包括信號(hào)處理算法與SAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩部分，其中淺水低頻SAS信號(hào)處理算法研究是本論文的主體內(nèi)容，包括快速雙基地SAS成像算法、寬角度條件下SAS成像算法、MIMO-SAS聯(lián)合處理算法以及SAS成像質(zhì)量增強(qiáng)方法等。

4、　　 SAS成像算法是合成孔徑信號(hào)處理的重要部分，也是計(jì)算量最為集中的部分。雙基地SAS系統(tǒng)由于收發(fā)分置，發(fā)射-目標(biāo)-接收空間幾何關(guān)系較收發(fā)合置時(shí)相對(duì)復(fù)雜，這給成像算法帶來了一定挑戰(zhàn)。常規(guī)時(shí)延求和(Time Delay and Sum-TDS)成像算法計(jì)算量大，無法滿足實(shí)時(shí)性需求；而快速成像算法大多集中于頻域，并對(duì)合成孔徑基陣運(yùn)動(dòng)軌跡有一定的要求。論文參考現(xiàn)有星載雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中的成像技術(shù)以及單基地合成孔徑聲納成像技術(shù)，發(fā)展了

5、具有足夠運(yùn)動(dòng)軌跡失配補(bǔ)償能力的雙基地SAS成像算法：分解反投影(Factorized Back Projection-FBP)雙基地成像，可以作為相同成像條件下常規(guī)TDS算法的等效快速實(shí)現(xiàn)，并通過大量仿真以及湖上試驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。
　　 由于大多數(shù)人造目標(biāo)具有對(duì)稱的幾何外形，在大觀察角度內(nèi)對(duì)聲信號(hào)的散射強(qiáng)度呈現(xiàn)較強(qiáng)的各向異性，使得目標(biāo)回波強(qiáng)度在合成孔徑內(nèi)產(chǎn)生起伏，直接導(dǎo)致基于點(diǎn)目標(biāo)假設(shè)的傳統(tǒng)合成孔徑成像算法已經(jīng)不能完全適用。論

6、文分析了目標(biāo)散射模式各向異性對(duì)傳統(tǒng)SAS成像的影響，并在對(duì)簡(jiǎn)單形狀目標(biāo)TSP建模的基礎(chǔ)上提出了廣義似然比檢測(cè)(Generalized Likelihood Ratio Test-GLRT)-合成孔徑處理方法：GLRT-SAS，其核心思想為精確航向維匹配濾波。該方法在成像的同時(shí)準(zhǔn)確估計(jì)目標(biāo)姿態(tài)參數(shù)，可以用于區(qū)分水下人造目標(biāo)與自然目標(biāo)。
　　 合成孔徑航向維高分辨力的獲取主要依賴對(duì)不同時(shí)刻基陣信號(hào)的相干處理，在不考慮信號(hào)幅度起伏的情

7、況下可以認(rèn)為其核心算法為相位匹配?；夭ㄐ盘?hào)的未知相位誤差，會(huì)使航向維波束形成出現(xiàn)主瓣偏移、主瓣加寬以及旁瓣提升等現(xiàn)象，從而降低合成孔徑成像質(zhì)量。論文分析了雙基地SAS系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡失配、收發(fā)不同步等相位誤差因素對(duì)合成孔徑成像的影響，并提出了各自的對(duì)抗方法。
　　 在淺水環(huán)境中由于上下邊界受限，聲信號(hào)在傳播過程中會(huì)經(jīng)過水底、水面多次反射形成多徑信號(hào)，其中以一次水面反射多途信號(hào)最為顯著，如果不能將目標(biāo)信號(hào)與多途有效分離，會(huì)使成像輸出出

8、現(xiàn)“重影”、對(duì)比度下降等問題。論文在寬容性寬帶自適應(yīng)波束形成以及時(shí)變指向基礎(chǔ)上，構(gòu)建了小孔徑垂直陣處理算法，正視水面反射信號(hào)存在并將其利用，不僅進(jìn)行寬帶多徑抵消(Wideband Multipath Rejection-WMR)，而且進(jìn)行寬帶多徑提取(Wideband Multipath ReCovery-WMRC)，以進(jìn)一步增強(qiáng)合成孔徑輸出質(zhì)量。
　　 合成孔徑技術(shù)核心是對(duì)各脈沖信號(hào)進(jìn)行相干處理，獲取相干增益。目標(biāo)散射模式水平

9、各向異性特征之一為有限主瓣寬度，固定的發(fā)射源照射目標(biāo)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的聲影區(qū)，這在一定程度上限制了相干增益獲取。MIMO聲納不僅可以通過收發(fā)陣元分離，發(fā)射不同波形獲取波形分集，從而獲取非相干增益。論文在對(duì)分布式MIMO聲納介紹的基礎(chǔ)上，構(gòu)建相干與非相干聯(lián)合處理框架，將MIMO技術(shù)與合成孔徑技術(shù)結(jié)合，可以比常規(guī)SAS成像在航向以及距離向獲得更高分辨力，有助于水下目標(biāo)探測(cè)與定位。
　　 論文研究過程中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套固定發(fā)射源配合AUV

10、載接收陣低頻SAS原型系統(tǒng)，包括聲納整體硬件和實(shí)時(shí)控制與數(shù)據(jù)采集軟件兩部分。同時(shí)，作為低成本、小體積AUV，“海豚一號(hào)”搭載的導(dǎo)航設(shè)備體積、功耗以及精度均受到限制。論文發(fā)展了一套針對(duì)“海豚一號(hào)”的組合導(dǎo)航算法，包括電子羅盤校準(zhǔn)算法、依據(jù)基陣信號(hào)相關(guān)性的微導(dǎo)航算法，以及融合各傳感器數(shù)據(jù)的擴(kuò)展Kalman濾波算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)AUV的精確定位。在水池測(cè)試和湖上試驗(yàn)實(shí)際使用中，該聲納原型系統(tǒng)工作穩(wěn)定，獲取大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證論文各種信號(hào)處理算法的性