合成孔径声纳成像及其研究进展
2022-2028全球与中国合成孔径声呐系统市场现状及未来发展趋势
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产品定义及统计范围合成孔径声呐，一种新型的二维成像声纳。
它的工作原理与合成孔径雷达相似，利用匀速直线运动的声基阵，形成大的虚拟（合成）孔径，以提高声纳横向分辨率。
具有横向分辨率与工作频率和距离无关的优点、其分辨率比常规侧扫声纳高1~2个量级。
合成孔径声呐是一种新型高分辨水下成像声纳。
其原理是利用小孔径基阵的移动来获得移动方向(方位方向)上大的合成孔径，从而得到方位方向的高分辨力。
获得这种高分辨力的代价是复杂的成像算法和对声纳基阵平台运动的严格要求。
目前国际上只有少数国家和地区研制出了声呐合成孔径声呐原型机并进行了海上试验。
合成孔径声呐的研究起源于五十年代末期，但直到八十年代以后，声呐合成孔径声呐的研究才逐步全面展开。
声呐合成孔径声呐是一种新型高分辨水下成像声纳，合成孔径雷达原理推广到水声领域，就出现了合成孔径真纳。
其基本愿理是利用小孔径基阵的移动,通过对不同位置接收信号的相关处理，来获得移动方向(方位方向)上大的合成孔径，从而得到方位方向的高分辨力。
从理论上讲，这种分辨力和探测距离无关。
直观地说，距离越大，合成孔径长度就越长，合成阵的角分辨率就越高，从而抵消了距离增大的影响，保持了分辨力不变。
但声呐合成孔径声呐作为一种水下成像设备，受水下复杂条件的影响，有不同于合成孔径雷达的特点。
首先是声传播信道的非理想性比合成孔径雷达中电磁波传播的严重;其次是声纳拖体的运动稳定性比合成孔径雷达要差得多;再者因为声速大大低于电磁波在空间的传播速度，从而大大限制了拖体运动的速度;最后由于声纳中常采用宽带信号而使雷达中的一些窄带信号处理方法在声呐合成孔径声呐中不再适用，需对己有的算法进行改进或研究新的算法。
水声合成孔径技术
水声合成孔径技术水声合成孔径技术（Synthetic Aperture Sonar，简称SAS）是一种利用声波进行海底地形成像的高分辨率技术。
它通过舰船或无人潜航器发送声波信号，并接收回波信号，再经过信号处理和图像重建等步骤，最终生成高分辨率的海底地形图像。
水声合成孔径技术在海洋勘探、海底资源开发、海上交通安全等领域具有重要应用价值。
水声合成孔径技术的原理是利用声波在水中的传播特性进行成像。
在海洋环境中，声波的传播速度较快，而且能够穿透海水并反射回来。
通过发送短脉冲的声波信号，并记录返回的回波信号，可以获取海底地形的信息。
然而，由于海水的吸收和散射等因素的影响，传统的声纳成像技术在分辨率和覆盖范围方面存在一定的局限性。
水声合成孔径技术通过利用船舶或无人潜航器在一定航线上连续发送声波信号，并接收多个接收机上的回波信号，利用接收到的多个回波信号的相位差异和振幅信息，结合合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）的原理，通过信号处理和图像重建算法来提高成像的分辨率和覆盖范围。
通过合成孔径技术，可以获得高分辨率、宽覆盖范围的海底地形图像，从而提高海洋勘探和海底资源开发的效率和准确性。
与传统的声纳成像技术相比，水声合成孔径技术具有以下优势。
首先，合成孔径技术能够利用多个接收机接收回波信号，从而提高信号的信噪比，减小噪声的影响，提高成像的质量。
其次，合成孔径技术能够通过信号处理和图像重建算法来消除海水吸收和散射等因素的影响，提高成像的分辨率和精度。
此外，合成孔径技术还能够利用船舶或无人潜航器的运动来合成长时间的观测时间，进一步提高成像的质量。
水声合成孔径技术在海洋勘探和海底资源开发中具有广泛的应用前景。
首先，合成孔径技术可以用于海洋地质勘探，如寻找油气田、矿床等地下资源。
其次，合成孔径技术可以用于海底地貌的研究和测绘，如海底山脉、海沟等地形的成像和探测。
此外，合成孔径技术还可以用于海上交通安全，如海底障碍物的检测和定位，以及海底管线的勘测和检测等。
合成孔径声纳系统在海底掩埋电缆探测中的应用研究
68科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工程与工业技术DOI：10.16661/ki.1672-3791.2104-5042-3243合成孔径声纳系统在海底掩埋电缆探测中的应用研究①赵阳(天津水运工程勘察设计院有限公司 天津 300456)摘 要：随着海洋经济的迅速发展，海域使用开发活动日益频繁，海底已建掩埋电缆的探测尤为重要。
该文以海底排污管道敷设工程为例，在管道敷设前，对该管道路由沿线周围进行了已建海底掩埋电缆准确位置调查。
工程采用GPS定位系统、合成孔径声纳和磁力仪系统组合进行海底电缆探测，进一步证实了低频合成孔径声纳对海底掩埋电缆探测具有效率高、图像连续性好的特点。
结果表明了该方法对海底掩埋目标物探测有较高的适用性，其船舷固定安装方式，有效减少了换能器与GPS偏移误差，能够有效提高目标位置精度。
关键词：合成孔径系统 海底 掩埋电缆 探测中图分类号：U666.7 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2021)04(a)-0068-03The Application and Researchs of Synthetic Aperture SonarSystem in Submarine Buried Cable DetectionZHAO Yang(Tianjin Water Transport Engineering Survey and Design Institute Co., Ltd., Tianjin, 300456 China)Abstract : With the rapid development of marine economy, the use and development of sea areas are becoming more and more frequent, and the detection of buried cables on the seabed is particularly important. In this paper, the submarine sewage pipeline laying project is taken as an example. Before the pipeline laying, the exact location of the buried submarine cables along the pipeline route is investigated. The project adopts the combination of GPS positioning system, synthetic aperture sonar and magnetometer system for submarine cable detection, which further proves that low frequency synthetic aperture sonar has the characteristics of high eff iciency and good image continuity for submarine buried cable detection. The results show that the method has high applicability for the detection of buried targets on the seabed. The f ixed installation on the ship side can effectively reduce the offset error between the transducer and GPS, and can effectively improve the target position accuracy.Key Words : Synthetic aperture system; Seabed; Buried cable; Detection①作者简介：赵阳（1983—），男，本科，高级工程师，研究方向为海洋测绘。
三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望
2021年 第1期海洋开发与管理49三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望郎诚1,茅克勤1,向芸芸2(1.浙江省海洋科学院 杭州 310000;2.自然资源部第二海洋研究所 杭州 310012)收稿日期:2020-07-20;修订日期:2020-08-18基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目 土地资源约束下海岛系统的适应性管理研究 (41506140);自然资源部第二海洋研究所及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(J G 1719).作者简介:郎诚,助理工程师,硕士,研究方向为声学成像和海洋装备研发通信作者:茅克勤,高级工程师,硕士,研究方向为海洋测绘和地理信息系统摘要:为提高我国海底掩埋目标的探查技术,以适应不断发展的探测需求,文章综述了现有三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状,并对关键技术的发展方向进行了展望㊂结果表明:尽管三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中具有较大的技术优势,但是由于技术难度大㊁复杂程度高,可提供成熟商用设备的单位仅有两家,中科探海研发的三维合成孔径声呐系统多项核心技术指标领先㊂运动误差估计和补偿技术,掩埋目标特征提取和识别分类算法,多通道大规模数据并行处理算法等关键技术将成为三维合成孔径声呐系统未来的发展方向㊂关键词:掩埋目标;合成孔径声呐;三维S A S ;海底探测装备;声学成像中图分类号:T H 766;T B 565.2 文献标志码:A 文章编号:1005-9857(2021)01-0049-04T h eA p p l i c a t i o n s a n dP r o s p e c t o f 3DS y n t h e t i cA pe r t u r e S o n a r S y s t e mi nB u r i e dT a r ge t sD e t e c t i o n L A N GC h e n g 1,MA O K e q i n 1,X I A N G Y u n yu n 2(1.Z h e j i a n g A c a d e m y o fM a r i n eS c i e n c e ,H a n gz h o u310000,C h i n a ;2.S e c o n d I n s t i t u t e o fO c e a n o g r a p h y ,MN R ,H a n gz h o u310012,C h i n a )A b s t r a c t :F o r t h e p u r p o s eo f i m p r o v i n g t h ed o m e s t i c t e c h n o l o g y o nb u r i e dt a r g e t sd e t e c t i o n ,a n d m a t c h i n g i n c r e a s i n g d e m a n d so f s u b m a r i n ed e t e c t i o n ,t h i s p a p e r r e v i e w e dt h ea p pl i c a t i o n so f 3D s y n t h e t i c a p e r t u r e s o n a r s y s t e mo nb u r i e d t a r g e t s d e t e c t i o n ,a n d p r o s p e c t e d t h e f u t u r e d i r e c t i o n o f t h e c o r e t e c h n o l o g i e s .I tw a s f o u n d t h a t :t h e r e a r eo n l y t w oc o r p o r a t i o n s p r o v i d i n g d e v e l o p e d3D S A Sd u et ot h eh i g hc o m p l e x i t y a n dd i f f i c u l t y i nd e s i g n i n g a n di m p l e m e n t a t i o n ,d e s p i t eo f i t s g r e a t a d v a n t a g e s i n b u r i e d t a r g e t s d e t e c t i o n ;m a n y p a r a m e t e r s o f t h e 3DS A S p r o d u c e d b y T-S E A M a r i n eT e c h n o l o g y C o .,L t d .a r e a h e a do f t h e c o m p e t i t o r ;m o t i o n e r r o r e s t i m a t i o n a n d c o m p e n s a -t i o n ,b u r i e d t a r g e t s f e a t u r e e x t r a c t i o n a n d c l a s s i f i c a t i o n a l g o r i t h m ,a n dm u l t i -c h a n n e l p a r a l l e l p r o -c e s s i n g a l g o r i t h mf o r l a r g e -s c a l e d a t aw o u l db e t h e f u t u r e d i r e c t i o no f 3DS A S .K e yw o r d s :B u r i e d t a r g e t s ,S y n t h e t i c a p e r t u r e s o n a r ,3DS A S ,S u b m a r i n e d e t e c t i o n ,A c o u s t i c a l i m a -g i n g50海洋开发与管理2021年0引言随着海洋科技和海洋经济的深入发展,对海洋的认知和开发已遍布海洋的各个区域,对探查装备的能力需求越来越高,要求探查装备的探测能力从近海延展到中远海,从水中悬浮㊁沉底目标扩展到海底以下地质层或掩埋物体㊂与此同时,随着海洋经济的快速发展,海底通信光缆㊁海底供电电缆㊁海岛之间的输水和输气等水下管道等铺设量也越来越大,而且这些基础工程都是关乎国计民生的重大事项㊂现在海底管道和线缆均采用掩埋的方式铺设,所以在后期的管缆路由探查和维护工作中,被掩埋的管缆目标的精确探测需求越来越迫切㊂目前,可用于掩埋目标探查的技术主要包括浅地层剖面仪㊁二维合成孔径声呐和三维合成孔径声呐等[1-2]㊂浅地层剖面仪目前在传统的作业方式中应用最为广泛[3-7],但其主要问题在于开角非常窄,只能横穿掩埋目标作业㊂另外浅地层剖面仪对小的掩埋目标(比如直径20c m以内的管缆㊁光缆㊁普通的掩埋目标等)均无法探测㊂合成孔径声呐的概念最早由美国的R a y t h o n 公司在20世纪60年代提出[8],其基本思想是对小孔径基阵沿直线运动过程中记录的接收信号进行孔径合成处理,从而达到虚拟大孔径基阵的方位分辨力效果,在高分辨海底成像领域有着潜在的应用前景㊂1合成孔径声呐1.1二维合成孔径声呐早期二维合成孔径声呐的研究主要集中于侧扫式合成孔径声呐,只能形成目标的二维图像,无法给出深度信息[9]㊂而在海底掩埋目标的位置探测时,掩埋目标埋深这一判断管缆目标安全状态的关键信息至关重要[10]㊂因此,二维合成孔径声呐在实际应用中无法完全满足工程需求㊂三维合成孔径声呐技术在此背景下应运而生㊂1.2三维合成孔径声呐三维合成孔径声呐技术最早由G r i f f i t h[11]通过干涉法在水池中试验成功,并逐步获得研究学者的关注[12-14]㊂但是干涉式合成孔径声呐的三维图像是通过多幅二维图像重建获得,并非目标的真实三维成像,因此无法完成对目标的高精度测深[15]㊂21世纪初,为克服干涉式合成孔径声呐的这一缺点,日本学者A s a d a等[16]基于多波束测深声呐技术,提出了多波束合成孔径声呐,并在试验中获得了良好效果㊂国内,哈尔滨工程大学和中国科学院也对三维合成孔径声呐技术开展了早期研究[17-18],并奠定了一定的理论基础㊂由于在三维成像上所具有的显著优势,多波束合成孔径声呐使得海底掩埋目标探查技术装备的研究与开发重点聚焦于多波束合成孔径声呐㊂2三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状由于多波束合成孔径声呐在三维成像上的显著优势,应用于掩埋目标探查的设备多基于多波束原理设计开发㊂目前成熟商用的三维合成孔径声呐仅有加拿大的P a n g e o公司的S B I(S u bB o t t o m I m a g e r)型三维合成孔径声呐和我国中科探海海洋科技有限责任公司(以下简称中科探海)设计生产的下视三维合成孔径声呐㊂2.1S B I型三维合成孔径声呐加拿大P a n g e o公司生产的S B I型三维合成孔径声呐,研发始于2008年,2010年完成了对海底掩埋的高压直流输电(HV D C)电缆的验证,主要技术参数如表1所示,2011年正式进入商用领域,完成了大量的实际应用㊂表1加拿大P a n g e o公司S B I系统主要技术参数[19]参数名称参数数值阵元数目40个最大埋深7m航数<2k n探测距底高度数距海床垂直高度3.5mʃ0.5m作业深度3~1000m尺寸1.8mˑ1.85m(可展开至3.4mˑ1.85m) S B I型三维合成孔径系统采用5ˑ8的水听器阵列,可4~14k H z多个频段扫描探测,可安装于水下机器人上作业㊂该系统在线性探测时,探测宽度可以到5m,并在长度方向上连续探测数千米㊂第1期郎诚,等:三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状与展望51 而在进行区域探测时,可以在探测结束后对探测结果进行组合,形成整个区域的完整探测成像㊂2.2 中科探海三维合成孔径声呐2.2.1 产品概述中科探海在2016年开始了下视三维合成孔径声呐的研制工作,并于2018年推出可商用的产品㊂与加拿大产品相比,该公司研制的三维合成孔径声呐系统,突出优点是同时集成了下视三维合成孔径声呐㊁下视多波束声呐㊁侧视声呐等三部声呐分机,采用模块设计,可根据不同要求灵活组合,满足不同任务场景以及安装需求㊂其中下视三维合成孔径声呐可获得水体㊁海底㊁海底以下掩埋层等全海深的三维声呐数据,下视多波束声呐可获得海底高精度地形数据,侧视声呐可获得海底高精度的地貌数据㊂利用不同声呐的成像特性,可获得目标的多维度特征信息,可提供水下悬浮㊁沉底和掩埋目标的高清影像㊁目标位置㊁目标埋设深度以及水下高精度三维地层等多种信息,对目标的辨别㊁埋深的精确测定㊁路由走向㊁海底环境信息等均可获得高质量成果,极大地促进海底电缆和管线的成像和信息提取㊂该系统可满足用户水下环境探查㊁水下目标搜索㊁航道整治复勘㊁护堤结构复勘㊁桥墩监测㊁救捞㊁应急㊁油气管线路由勘察㊁光缆电缆勘察(路由+埋深+地层等功能)㊁三维精细地层结构㊁水下其他各类成像等多种使命任务的需求㊂2.2.2 产品性能中科探海三维合成孔径声呐系统的主要技术参数如表2所示㊂通过与加拿大P a n g e o 公司产品的技术参数对比可以看出其在分辨率㊁探掩埋深度㊁工作航速等指标上具有绝对优势㊂表2 中科探海三维合成孔径声呐系统主要技术参数[20]参数名称参数数值像素精度2c mˑ2c mˑ2c m最高工作航速6k n最大工作水深300m埋深测量精度10c m 最大可探测掩埋目标埋深(泥底)直径5c m 电缆埋深5m ;沉船埋深10m ;浅地层剖面深度30m续表参数名称参数数值最大探测范围掩埋目标:正下方90度;沉底目标和悬浮目标:正下方140度(下视)/双侧各45度(侧视)下视三维阵元数量A 型432个;B 型288个;C 型96个下视多波束最大波束数物理波束192个;数字波束1400个最大量程150m质量A 型ɤ400k g ;B 型ɤ250k g ;C 型ɤ100k g尺寸A 型:1.8mˑ1.4mˑ0.2mB 型:1.5mˑ1.2mˑ0.2mC 型:1.2mˑ0.7mˑ0.2m2.2.3 产品系列中科探海三维合成孔径声呐系统目前有A ㊁B ㊁C3个系列[20-21]㊂A 系列产品为拖曳式产品㊂适用于深水水域,工作时通过调整拖缆长度的方式,来调整拖体在水中的深度,使声呐距底高度处于良好工作状态,满足较深水域水下悬浮㊁沉底和掩埋目标探测的需求㊂接收阵列采用3行6列模块配置,共432个阵元㊂B 系列产品为大型框架式安装,适用于测量船船底安装或船侧挂载㊁水面大型无人船船底安装等,其接收阵列采用3行4列模块配置,共288个阵元㊂C 系列产品为小型框架安装,体积小㊁搭载方便,适用于小型测量船船侧挂载,作业方便㊁迅捷㊂可对浅海海底掩埋目标进行高清晰三维成像㊂接收阵列采用1行4列的模块配置,共96个阵元㊂3 结语本研究主要对三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状及现有成熟设备的应用情况进行综述㊂尽管三维合成孔径声呐系统在海底掩埋探查中具有良好的成像性能,但由于该系统的开发难度大㊁复杂程度高,市面众多研究单位中,仅有两家可提供成熟的商用产品㊂目前,三维合成孔径声呐系统已能基本满足当下的作业需求,然而海52海洋开发与管理2021年洋科技㊁海洋经济的深入发展对三维合成孔径声呐系统提出了新的技术需求:(1)运动误差估计和补偿技术:与无人平台合作进行高度自动化作业是三维合成孔径声呐系统未来的发展方向,而无人平台姿态变化对其成像精度和目标定位精度影响较大,因此必须发展基于G P S㊁超短基线㊁惯导等多数据源的运动误差估计和补偿技术㊂(2)掩埋目标特征提取和识别分类技术:实现掩埋目标物目标特征提取和识别分类是一体化探测无人平台智能探测的基础㊂对水下目标的正确分类与识别建立在有效的特征提取技术上,特征提取是目标识别过程中的关键,它直接影响到目标识别的效果㊂(3)多通道㊁大规模数据并行处理算法:随着对探测深度和探测分辨率的要求越来越高,阵列也变得越发庞大,未来阵列的通道数量可达到数百路,这就对数据采集和处理提出了较高要求,尤其在处理实时成像时,对电子系统和成像算法的要求更高㊂参考文献[1]路晓磊,张丽婷,王芳,等.海底声学探测技术装备综述[J].海洋开发与管理,2018,35(6):91-94.[2]宋帅,周勇,张坤鹏,等.高精度和高分辨率水下地形地貌探测技术综述[J].海洋开发与管理,2019,36(6):74-79. 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科技前沿▏合成孔径成像的应用及发展
科技前沿▏合成孔径成像的应用及发展一、引言合成孔径成像自20世纪50年代提出，应用于雷达成像，历经70年的研发，已经日趋成熟，成功地用于环境资源监测、灾害监测、海事管理及军事等领域。
受物理环境制约，合成孔径在声呐成像中的研发与应用起步稍迟，滞后于雷达，近年来在民用及军事领域的研究与应用进展加速。
此外，近年来合成孔径成像在声学无损检测、医学超声成像等领域的研发也有长足进步，并扩展到其他领域如光学、微波成像等。
本文简要介绍了条带合成孔径成像的原理及其在雷达、声呐、无损检测及医学影像等方面的应用及发展。
二、合成孔径成像原理条带合成孔径成像利用小孔径基阵，在直线运动轨迹上均速移动，并在确定位置顺序发射，接收并存储回波信号。
根据空间位置和相位关系对不同位置的回波信号进行相干叠加处理，合成虚拟大孔径的基阵，从而获得沿运动方向的高分辨率。
在1985年的先驱奖故事中，合成孔径雷达(SAR)的发明者Wiley 谦逊地说：我有幸想到了一个基本想法，我称之为多普勒波束锐化(DBS)，而不是合成孔径雷达。
和所有信号处理一样，有一个双重理论：一个是频域解释，这是多普勒分析；在时域内分析系统，这就是合成孔径雷达。
在时间域对合成孔径成像的“合成阵列”的解释如图1所示。
图1 合成阵列原理其中，阵元或天线水平长度为L，水平波束开角为θ=＝λ/L。
工作频率时，波长为λ。
阵元行进轨迹为直线，点目标与行进轨迹的垂直距离为R。
阵元在位置1时，目标进入波束；阵元在位置N时，目标退出波束。
合成孔径阵元数为N，合成孔径长为D＝R×θ=＝R×λ/ L，合成孔径波束开角为θsyn＝λ/D＝λ/（R×(λ/L)）＝L/R。
采样结束，合成孔径波束形成后处理时，对不同位置的回波信号进行相干叠加，需要计算阵元发射信号至目标、目标反射信号返回阵元的往返声程2R。
因此，合成孔径波束开角实际应为θsyn＝λ/2D＝λ/(2R×(λ/L)) ＝L/2R。
圆周合成孔径声呐技术综述
圆周合成孔径声呐技术综述
杜选民;曾赛
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】2022(41)3
【摘要】圆周合成孔径声呐(Circular Synthetic Aperture Sonar,CSAS)具有亚波长量级的二维分辨率、三维成像能力和全方位观测能力,在水下威胁目标查证、战场环境侦察等领域具有广阔的应用前景。
文章分析了CSAS成像原理及分辨率,对国内外CSAS试验研究进展进行了综述,对CSAS成像算法、运动补偿、三维成像和后置处理等关键技术进行了分析,总结归纳了CSAS成像技术存在的问题,并对CSAS未来的发展进行了展望。
【总页数】11页(P323-333)
【作者】杜选民;曾赛
【作者单位】上海船舶电子设备研究所;水声对抗技术重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN957
【相关文献】
1.合成孔径声呐技术研究(综述)
2.深海多波束系统、深拖系统及合成孔径声呐系统的技术性能对比
3.有缺陷的多接收阵合成孔径声呐成像技术
4.多波束合成孔径声呐技术研究进展
5.合成孔径声呐技术的现状及未来趋势
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合成孔径声纳分辨率
合成孔径声纳分辨率【原创版】目录1.合成孔径声纳的概念与原理2.合成孔径声纳的分辨率3.合成孔径声纳的应用4.案例：干涉合成孔径声纳系统 InSAS5.合成孔径声纳的发展趋势正文一、合成孔径声纳的概念与原理合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar，简称 SAS）是一种高分辨率的声纳技术，它利用计算机处理技术将多个短距离声纳脉冲的回波信息合成为一个长距离声纳脉冲的回波信息。
通过这种方式，合成孔径声纳能够在较大的距离范围内获得高分辨率的声纳图像。
二、合成孔径声纳的分辨率合成孔径声纳的分辨率主要取决于声纳脉冲的频率、脉冲重复频率、声纳阵列的尺寸和信噪比等因素。
一般来说，频率越高、脉冲重复频率越高、声纳阵列的尺寸越大，合成孔径声纳的分辨率就越高。
同时，信噪比也会影响合成孔径声纳的分辨率，信噪比越高，分辨率越高。
三、合成孔径声纳的应用合成孔径声纳广泛应用于水下成像、测深、航行器等领域。
例如，在海底成像方面，合成孔径声纳可以提供高达 3 厘米分辨率的海底图像，图像幅宽可达 600 米。
在航行器方面，合成孔径声纳可以为航行器提供高分辨率的三维测深数据，分辨率高达 25 厘米。
四、案例：干涉合成孔径声纳系统 InSAS干涉合成孔径声纳系统 InSAS（Interferometric Synthetic Aperture Sonar）是一种先进的进口高分辨率声纳和高分辨率干涉合成孔径声纳系统。
它能够为客户提供水下机器人两侧各 300 米范围内的详细海底图像，海底图像分辨率高达 3 厘米，图像幅宽高达 600 米，并且给出三维测深数据，分辨率高达 25 厘米。
五、合成孔径声纳的发展趋势随着技术的不断发展，合成孔径声纳的分辨率和性能将进一步提高。
合成孔径雷达的现状与发展趋势
二、合成孔径雷达现状
然而，目前合成孔径雷达技术还存在一些问题，如图像质量不稳定、处理速 度慢、无法识别特定目标等。此外，由于合成孔径雷达系统的复杂性和成本较高， 也限制了其应用范围。
三、合成孔径雷达发展趋势
三、合成孔径雷达发展趋势
随着技术的不断进步和应用需求的增长，合成孔径雷达未来的发展将趋向于 高分辨率、高灵敏度、宽测绘带以及多模式多波段的发展。
2、国外现状和趋势
2、国外现状和趋势
全球范围内，合成孔径雷达卫星技术发展迅速。商业公司如Planet Labs、 DigitalGlobe等纷纷推出具有高性能的SAR卫星，以满足不同用户的需求。同时， 一些国际组织如欧洲航天局也积极参与SAR技术的研究和应用，推动全球SAR技术 的发展。
2、国外现状和趋势
发展历程
1、起源和发展阶段
1、起源和发展阶段
合成孔径雷达卫星技术起源于20世纪50年代，当时美国国防部开始研究雷达 成像技术。到了20世纪70年代，雷达成像技术开始应用于卫星遥感领域。最初的 SAR技术采用机械扫描方式，随后逐渐发展为电子扫描方式。20世纪90年代初， 第一颗商业合成孔径雷达卫星TerraSAR-X成功发射，标志着SAR技术进入商业化 应用阶段。
与此同时，针对SAR系统的干扰方法也在不断发展。常见的SAR干扰技术包括 欺骗式干扰、压制式干扰和复合式干扰等。欺骗式干扰通过向SAR系统发送虚假 信号，使其无法正确解码和成像；压制式干扰则通过干扰SAR系统的接收机或发 射机，降低其信号接收能力；复合式干扰则结合欺骗式和压制式干扰，使SAR系 统无法正常工作。
三、合成孔径雷达发展趋势
3、宽测绘带：合成孔径雷达未来的发展趋势之一是实现大测绘带（SAR）的 覆盖。通过采用先进的信号处理技术和分布式系统，合成孔径雷达将能够实现大 范围的目标探测和地图绘制。
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离的探测， 所以水下较远距离的成像均采用水声成
/- 引言
声波是目前唯一可利用的能够在水中远距离传 播的能量形式， 因此声波作为在水中进行探测和通 讯的主要手段， 在海洋监测、 海洋工程、 海上军事作 战、 海洋科学研究等方面发挥着不可替代的作用& 图像和声音是人获取信息的主要来源， 图像传 递的信息更丰富、 更生动、 更直观， 因此有 “ 耳听为 虚， 眼见为实” 的说法& 借助于各种成像设备， 可以 把现实世界中的景象记录和再现出来& 在太空中和 陆地上， 通常采用光学或电磁波成像； 物体内部的探 测多采用 U 射线成像和超声波成像等； 在水下， 由 于电磁波或光波受到强烈的衰减而无法用于较远距
!国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划（ 批 准 号：L00L88MN///0 ， L00O88M0PL00 ） 资助项目 L00O Q // Q /O 收到初稿， L00M Q 0L Q LP 修回 . - 通讯联系人& RE*)(： B)3’*,S()’T "6E& +6E
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像技术& 水下地形地貌和水中物体观测的需求促进了水 声成像技术的发展& 在民用方面， 海底矿物资源开发 需要进行工程勘测和水下监视； 在海洋权益划界谈 判中， 需要海底地形地貌资料的支持； 航道疏浚工程 也需要地形地貌测量和工程量评估； 重要水上活动 区域、 基地、 水下设施和船只等需要防范小型潜器 （ 如微型潜艇） 和蛙人的恐怖袭击； 水声成像技术还 可用于船舶避碰、 水下工程 （ 护岸工程、 水下管线
声纳技术及其应用专题 等） 探查、 沉物打捞、 水下作业监视、 水下考古等, 在 军事方面， 水声成像技术可以用于水雷等水下爆炸 物的探测与识别、 基地和舰艇的安全防范、 地形匹配 导航等, 水声成像设备也称为图像声纳, 图像清晰、 作用 距离远是对图像声纳的基本和主要要求, 要获得清 晰的图像， 要求图像声纳具有足够高的空间分辨力, 比如在水下观察一个井架， 低分辨力声纳只能看到 一个点， 分辨能力高一点就能看出一个框架， 分辨能 力再高就能看到结构细节, 图像声纳的分辨力分为 距离向分辨力和方位向分辨力, 距离向分辨力是指 声波传播方向的距离分辨能力， 方位向分辨力一般 是指与声波传播方向垂直的方向的角度分辨能力, 距离向分辨力决定于信号的脉冲宽度或频带宽度， 脉冲宽度愈窄分辨力愈高， 采用脉冲压缩技术时信 号带宽越大分辨力越高, 对于除合成孔径声纳以外 的其他成像声纳来说， 方位向分辨力一般用辐射波 束的三分贝主瓣宽度来表示， 它与声纳基阵的大小 （ 也称为孔径） 和工作频率有关, 要提高方位向分辨 力， 可以采取提高工作频率或者加大声纳基阵尺寸 的办法, 但是提高工作频率， 声纳的探测作用距离就 会受到限制； 而加大声纳基阵尺寸又受到基阵载体、 费用和工程实现等方面的限制， 这在许多情况下也 会给制造和使用带来不便, 另外， 角度分辨力映射到 实际成像中的空间线度分辨力与距离有关， 距离近， 分辨力高， 距离远， 分辨力低， 也就是说， 这种空间分 辨力是不均匀的, 用虚拟的孔径代替真实的孔径， 既能解决孔径 尺寸的问题， 又能解决远距离方位向分辨力的问题， 这就出现了合成孔径技术， 相应的声纳就是合成孔 径声纳
声纳技术及其应用专题
第二讲 - 合成孔径声纳成像及其研究进展 !
张春华-- /00010 ）
摘- 要- - 文章在介绍了图像声纳的特点、 合成孔径声纳 （ 23,"!4")+ *#45"’54 26,*5， 787 ） 产生背景和发展过程的基础 上， 对合成孔径声纳的原理、 技术难点、 成像算法等问题进行了讨论& 着重分析了合成孔径声纳成像过程中高分辨率 的获取方法、 水声信道对成像的影响、 多子阵技术及其成像算法、 稳定的声纳运动平台和运动监测问题、 运动补偿与 自聚焦方法等& 文章还给出了国内外合成孔径声纳研究的最新进展情况， 进而展望了合成孔径声纳的应用前景& 关键词- - 合成孔径声纳， 图像重建， 成像算法， 运动补偿与自聚焦